Aldehídos: qué son, estructura, propiedades, usos y ejemplos
¿Qué son los aldehídos?
Los aldehídos son compuestos orgánicos que tienen por fórmula general RCHO. R representa una cadena alifática o aromática; C el carbono; O el oxígeno y H el hidrógeno. Se caracterizan por poseer un grupo carbonilo, al igual que las cetonas y los ácidos carboxílicos, por lo que a los aldehídos se les denominan también como compuestos carbonílicos.
El grupo carbonilo le confiere al aldehído muchas de sus propiedades. Son compuestos que se oxidan con facilidad y son muy reactivos a las adiciones nucleofílicas. El doble enlace del grupo carbonilo (C=O) presenta dos átomos que tienen diferencias en su avidez por los electrones (electronegatividad).
El oxígeno atrae con mayor fuerza a los electrones que el carbono, por lo que la nube electrónica se desplaza hacia él haciendo que el doble enlace entre el carbono y el oxígeno sea de naturaleza polar, con un momento dipolar importante. Esto hace que los aldehídos sean compuestos polares.
En otras palabras, los aldehídos son un tipo de compuestos orgánicos surgidos de la oxidación de determinados alcoholes.
Estructura química de los aldehídos
Los aldehídos consisten de un carbonilo (C=O) al cual se enlaza directamente un átomo de hidrógeno. Esto lo diferencia de otros compuestos orgánicos, como las cetonas (R2C=O) y los ácidos carboxílicos (RCOOH).
En la imagen superior se muestra la estructura molecular en torno al –CHO, grupo formilo. El grupo formilo es plano debido a que el carbono y el oxígeno tienen hibridación sp2. Esta planaridad lo hace susceptible al ataque de especies nucleófilas, y por tanto, se oxida con facilidad.
¿A qué se refiere dicha oxidación? A la formación de un enlace con cualquier otro átomo más electronegativo que el carbono; y para el caso de los aldehídos es un oxígeno. Así, el aldehído se oxida a un ácido carboxílico, –COOH. ¿Y si se redujera el aldehído? Se formaría en su lugar un alcohol primario, ROH.
Los aldehídos solo se producen a partir de alcoholes primarios: aquellos donde el grupo OH se encuentra al final de una cadena. Del mismo modo, el grupo formilo siempre está al final de una cadena o sobresale de ella o del anillo como un sustituyente (en caso de haber otros grupos más importantes, como el –COOH).
Propiedades físicas y químicas de los aldehídos
Al ser compuestos polares, sus puntos de fusión son mayores que los de los compuestos no polares. Las moléculas de aldehídos no son capaces de unirse intermolecularmente mediante puentes de hidrógeno, por tener solo átomos de carbono unidos a átomos de hidrógeno.
Debido a lo anterior, los aldehídos tienen puntos de ebullición inferiores a los alcoholes y ácidos carboxílicos.
Puntos de fusión
Formaldehído -92; Acetaldehído -121; Propionaldehído -81; n- Butiraldehído -99; n-Valeraldehído -91; Caproaldehído -; Heptaldehído – 42; Fenilacetaldehído -; Benzaldehído -26.
Puntos de ebullición
Formaldehído -21; Acetaldehído 20; Propionaldehido 49; n-Butiraldehido 76; n-Valeraldehido 103; Caproaldehido 131; Heptaldehido 155; Fenilacetaldehído 194; Benzaldehído 178.
Solubilidad en agua expresada en g/100 g de H2O
Formaldehído, muy soluble; acetaldehído, infinita; propionaldehído, 16; n-Butiraldehído, 7; n-Valeraldehído, ligeramente soluble; caproaldehído, ligeramente soluble; fenilacetaldehído ligeramente soluble; benzaldehído, 0,3.
Los puntos de ebullición de los aldehídos tienden a aumentar en forma directa con el peso molecular. Por lo contrario, hay una tendencia a disminuir la solubilidad de los aldehídos en agua a medida que aumenta su peso molecular. Esto se refleja en las constantes físicas de los aldehídos recién citados.
Reactividad de los aldehídos
Reacción de oxidación
Los aldehídos pueden oxidarse al ácido carboxílico correspondiente en presencia de cualquiera de estos compuestos: Ag(NH3)2, KMnO4 o K2Cr2O7.
Reducción a alcoholes
Pueden hidrogenarse con ayuda de catalizadores de níquel, platino o paladio. Así, el C=O se transforma a C-OH.
Reducción a hidrocarburos
En presencia de Zn(Hg), HCl concentrado o en NH2NH2 los aldehídos pierden el grupo carbonilo y se convierten en hidrocarburos.
Adición nucleofílica
Hay varios compuestos que se adicionan al grupo carbonilo, entre ellos están: reactivos de Grignard, cianuro, derivados del amoníaco y alcoholes.
Nomenclatura de los aldehídos
En la imagen superior se ilustran cuatro aldehídos. ¿Cómo se nombran?
Dado que son alcoholes primarios oxidados, al nombre del alcohol se le cambia la terminación –ol por –al. Así, el metanol (CH3OH) si se oxida a CH3CHO se llama metanal (formaldehído); CH3CH2CHO etanal (acetaldehído); CH3CH2CH2CHO propanal y CH3CH2CH2CH2CHO butanal.
Todos los aldehídos recién nombrados tienen el grupo –CHO al final de la cadena. Cuando este se encuentra en ambos extremos, como en A, a la terminación –al se le adiciona el prefijo di-. Como A tiene seis carbonos (contando los de ambos grupos formilos), deriva del 1-hexanol y su nombre por tanto es: hexanodial.
Cuando hay un sustituyente, como un radical alquílico, un doble o triple enlace, o un halógeno, se enumeran los carbonos de la cadena principal dándole al –CHO el número 1. Así, el aldehído B se llama: 3-yodohexanal.
No obstante, en los aldehídos C y D el grupo –CHO no tiene prioridad para identificar dichos compuestos de otros. C es un cicloalcano, mientras que D un benceno, ambos con uno de sus H sustituidos por un grupo formilo.
En ellos, como la estructura principal es cíclica, al grupo formilo se le nombra carbaldehído. Así, C es el ciclohexanocarbaldehído, y D el bencenocarbaldehído (más conocido como benzaldehído).
Usos de los aldehídos
Existen en la naturaleza aldehídos capaces de conferir sabores agradables, tal es el caso del cinnamaldehído, responsable del sabor característico de la canela. Por eso se suelen utilizar como saborizantes artificiales en muchos productos, como golosinas o alimentos.
Formaldehído
El formaldehído es el aldehído que se produce industrialmente en mayor cantidad. El formaldehido obtenido por la oxidación del metanol se utiliza en una solución al 37% del gas en agua, bajo el nombre de formalina. Esta se usa en el curtido de pieles y en la conservación y embalsamamiento de cadáveres.
Asimismo el formaldehído se usa como germicida, fungicida e insecticida para plantas y vegetales. Sin embargo, su mayor utilidad es la contribución a la producción de material polimérico. El plástico llamado bakelita se sintetiza por la reacción entre el formaldehído y el fenol.
Bakelita
La bakelita es un polímero de estructura tridimensional de gran dureza utilizado en numerosos utensilios del hogar, como los mangos de ollas, sartenes, cafeteras, cuchillos, etc.
Polímeros semejantes a la bakelita son hechos a partir de formaldehído en combinación con los compuestos urea y melamine. Estos polímeros se usan no solo como plásticos, sino además se utilizan como pegas adhesivas y material de recubrimiento.
Plywood
El plywood es el nombre comercial de un material formado por láminas delgadas de madera, unidas por polímeros producidos a partir del formaldehído. Las marcas Formica y Melmac se fabrican con la participación de este. La formica es un material plástico usado en el recubrimiento de muebles.
El plástico Mmlmac se utiliza en la elaboración de platos, vasos, tazas, etc. El formaldehído es materia prima para la síntesis del compuesto metilen-difenil-diisocianato (MDI), precursor del poliuretano.
Poliuretano
El poliuretano se usa como aislante en neveras y congeladores, acolchado para muebles, colchones, recubrimientos, adhesivos, suelas, etc.
Butiraldehído
El butiraldehído es el principal precursor para la síntesis del 2-etilhexanol, el cual se emplea como plastificante. Tiene un agradable aroma de manzana que permite su uso en alimentos como saborizante.
Además se utiliza para la producción de aceleradores del caucho. Interviene como un reactivo intermedio en la manufactura de solventes.
Acetaldehído
El acetaldehído se usaba en la producción de ácido acético. Pero esta función del acetaldehído ha disminuido en importancia, ya que ha sido desplazado por el proceso de carbonilación del metanol.
Síntesis
Otros aldehídos son precursores de los oxoalcoholes, los cuales se utilizan en la producción de detergentes. Los llamados oxoalcoholes se preparan agregando monóxido de carbono e hidrógeno a una olefina para obtener un aldehído. Y finalmente se hidrogena el aldehído para obtener el alcohol.
Algunos aldehídos se usan en la fabricación de perfumes, como el caso del Chanel Nº 5. Muchos aldehídos de origen natural tienen olores agradables, por ejemplo: el heptanal posee olor a hierba verde; el octanal, olor a naranja; el nonanal, olor a rosas y el citral, olor a lima.
Ejemplos de aldehídos
Glutaraldehído
El glutaraldehído presenta en su estructura dos grupos formilos en ambos extremos.
Comercializado bajo el nombre de Cidex o Glutaral, se usa como desinfectante para esterilizar los instrumentos quirúrgicos. Se utiliza en el tratamiento de verrugas en los pies, aplicándose como un líquido.
También se emplea como un agente fijador de los tejidos en los laboratorios de histología y patología.
Benzaldehído
Es el aldehído aromático más simple, que se encuentra formado por un anillo bencénico donde se enlaza un grupo formilo.
Se encuentra en el aceite de almendra, de allí su olor característico que le permite su uso como saborizante de alimentos. Además, se utiliza en la síntesis de compuestos orgánicos relacionados con la fabricación de fármacos y en la elaboración de plásticos.
Gliceraldehído
Es una aldotriosa, un azúcar constituida por tres átomos de carbono. Presenta dos isómeros que se denominan enantiómeros D y L. El gliceraldehído es el primer monosacárido que se obtiene en la fotosíntesis durante la fase oscura (ciclo de Calvin).
Gliceraldehído-3-fosfato
En la imagen superior se ilustra la estructura del gliceraldehído-3-fosfato. Las esferas rojas junto a la amarilla corresponden al grupo fosfato, mientras que las negras al esqueleto carbonado. La esfera roja enlazada a la blanca es el grupo OH, pero cuando se enlaza a la esfera negra y esta última a la blanca, entonces es el grupo CHO.
El gliceraldehído-3-fosfato interviene en la glucólisis, un proceso metabólico en el cual la glucosa es degradada al ácido pirúvico con la producción de ATP, un reservorio energético de los seres vivos. Además de la producción de NADH, un agente reductor biológico.
En la glucólisis el gliceraldehído-3-fosfato y la dihidroacetona fosfato se originan por el clivaje de D-fructosa-1-6-bifosfato.
El gliceraldehído-3-fosfato interviene en el proceso metabólico conocido como ciclo de las pentosas. En este se genera el NADPH, importante reductor biológico.
11-cis-Retinal
El β-caroteno es un pigmento natural presente en varios vegetales, especialmente en la zanahoria. Experimenta una ruptura oxidativa en el hígado, transformándose así en el alcohol retinol o la vitamina A. La oxidación de la vitamina A y la posterior isomerización de uno de sus dobles enlaces, forma el aldehído 11-cis-retinal.
Piridoxal fosfato (vitamina B6)
Es un grupo prostético unido a varias enzimas, la cual es la forma activa de la vitamina B6 y participa en el proceso de síntesis del neurotransmisor inhibitorio GABA.
¿Dónde está el grupo formilo en su estructura? Nótese que este se diferencia del resto de los grupos enlazados al anillo aromático.
Salicilaldehído
Es una materia prima para la síntesis del ácido acetilsalicílico, medicamento analgésico y antipirético conocido como aspirina.
Referencias
- Robert C. Neuman, Jr. Chapter 13, Carbonyl Compounds: Ketones, Aldehydes, Carboxylic Acids. [PDF]. Tomado de: chem.ucr.edu
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