Μεθανάλη

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Μετάβαση σε: πλοήγηση, αναζήτηση
Μεθανάλη
Formaldehyde-2D.svg
Formaldehyde-3D-balls-A.png
Formaldehyde-3D-vdW.png
Γενικά
Όνομα IUPAC Μεθανάλη
Άλλες ονομασίες Φορμαλδεΰδη
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος CH2O
Μοριακή μάζα 30,026 amu
Σύντομος
συντακτικός τύπος		 HCHO
Αριθμός CAS 50-00-0
SMILES C=O
InChI 1/CH2O/c1-2/h1H2
Αριθμός EINECS 200-001-8
Αριθμός RTECS LP8925000
ChemSpider ID 692
Δομή
Διπολική ροπή 2,33 D
Γωνία δεσμού 120°
Μοριακή γεωμετρία Επίπεδη τριγωνική
Ισομέρεια
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης −92 °C
Σημείο βρασμού -21 °C
Πυκνότητα 815 kg/m3 (-20°C)
Διαλυτότητα
στο νερό		 550 kg/m3
Τάση ατμών 3890 mmHg (25°C)
Εμφάνιση Άχρωμο αέριο
Χημικες ιδιότητες
Ελάχιστη θερμοκρασία
ανάφλεξης		 -53,2°C
Σημείο αυτανάφλεξης 430 °C
Επικινδυνότητα
Hazard F.svg Hazard T.svg
Εύφλεκτη (F)
Τοξική (Τ)
Φράσεις κινδύνου R23/24/25, R34, R40, R43
Φράσεις ασφαλείας (S1/2), S26, S36/37/39, S45, S51
MSDS Σύνδεσμος MSDS
Κίνδυνοι κατά
NFPA 704
NFPA 704.svg
2
3
2
Η κατάσταση αναφοράς είναι η πρότυπη κατάσταση (25°C, 1 Atm)
εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά

Η μεθανάλη ή φορμαλδεΰδη είναι το πρώτο και απλούστερο μέλος της οικογένειας των αλδεϋδών, με χημικό τύπο CH2O και σύντομο συντακτικό τύπο HCHO ή H2CO. Αποτελεί ακόμη το απλούστερο μέλος των «τυπικών» υδατανθράκων (δηλαδή των ανθρακούχων ενώσεων που έχουν την αναλογία ατόμων υδρογόνου - οξυγόνου 2:1, που έχει και το νερό, αλλά χωρίς να είναι πραγματικοί υδατάνθρακες, με τη βιοχημική σημασία) και είναι μια εξαιρετικά χρήσιμη χημική ένωση με πολλές χρήσεις πιο γνωστές από τις οποίες είναι ως συντηρητικό, απολυμαντικό και αντισηπτικό με την εμπορική ονομασία «φορμόλη» ή «φορμαλίνη», η οποία είναι υδατικό διάλυμα φορμαλδεΰδης, στο οποίο, όμως, συνυπάρχει σε χημική ισορροπία με την εφυδατωμένη μορφή της, τη μεθανοδιόλη (HOCH2OH).

Στις συνηθισμένες συνθήκες (T = 25°C, P = 1 atm), η μεθανάλη είναι ένα άχρωμο αέριο και έχει μια χαρακτηριστική αποπνικτική και ερεθιστική οσμή. Είναι μια ένωση πρόδρομη πολλών άλλων χημικών ενώσεων. Το 2005 η ετήσια παγκόσμια παραγωγή της εκτιμήθηκε σε 23 εκατομμύρια τόννους[1].

Εξαιτίας της ευρύτατης χρήσης της, τοξικότητας και ευφλεκτότητας, η έκθεση στη μεθανάλη αποτελεί ένα σημαντικό κίνδυνο για την ανθρώπινη υγεία[2]. Το 2011 το Εθνικό Τοξικολογικό Πρόγραμμα των ΗΠΑ (US National Toxicology Program) περιέγραψε τη μεθανάλη ως ένα «...γνωστό ανθρώπινο καρκινογόνο...» («...known to be a human carcinogen...»[3][4][5].

Πίνακας περιεχομένων

Ιστορία [Επεξεργασία]

Η μεθανάλη παράχθηκε τυχαία για πρώτη φορά το 1859 από το Ρώσο χημικό Αλεξάντερ Μιχαήλοβιτς Μποτέλροβ. Στη συνέχεια παρασκευάστηκε από τον Άουγκουστ Βίλχελμ φον Χόφμαν το 1867, ενώ απομονώθηκε και ταυτοποιήθηκε το 1892 από τον Φρίντριχ φον Στράντοβιτς. Για την παραγωγή της μεθανάλης, ο Χόφμαν χρησιμοποίησε μίγμα ατμών μεθανόλης και ατμοσφαιρικού αέρα, το οποίο πέρασε πάνω από ένα σπιράλ λευκόχρυσου ως καταλύτη. Αυτή η μέθοδος, δηλαδή η οξείδωση μεθανόλης με αέρα, χρησιμοποιώντας κάποιο μέταλλο ως καταλύτη, είναι μέχρι σήμερα η βάση για το μεγαλύτερο μέρος της βιομηχανικής παραγωγής μεθανάλης. Εναλλακτικά, όμως, εφαρμόζεται και η καταλυτική οξείδωση μεθανίου, προερχόμενο από το φυσικό αέριο.

Η εμπορική της παραγωγή ξεκίνησε ήδη από τη δεκαετία του 1900 ενώ σήμερα τοποθετείται ανάμεσα στα 25 πρώτα χημικά προϊόντα στις ΗΠΑ. από πλευράς όγκου παραγωγής.

Φυσική παρουσία [Επεξεργασία]

Η μεθανάλη είναι μια ουσία που υπάρχει στο φυσικό περιβάλλον. Σχηματίζεται με φυσιολογικές διεργασίες στην ανώτερη ατμόσφαιρα της Γης. Από τις διεργασίες αυτές προέρχεται, σύμφωνα με εκτιμήσεις, μέχρι και το 90% της συνολικής συνεισφοράς στην απελεθέρωση της ένωσης στην ατμόσφαιρα, αλλά και από ανθρώπινες δραστηριότητες. Είναι ένα ενδιάμεσο προϊόν της σταδιακής φωτοχημικής οξείδωσης του ατμοσφαιρικού μεθανίου σε διοξείδιο του άνθρακα. Άλλες πηγές μεθανάλης αποτελούν οι δασικές πυρκαγιές, τα καυσαέρια (κυρίως) αυτοκινήτων και ο καπνός των τσιγάρων (και των άλλων μέσων καπνίσματος του καπνού). Διασπάται, όμως, συνεχώς με φωτοχημικές αντιδράσεις (από το ηλιακό φως), αλλά επίσης και με βιοχημικές αντιδράσεις, από βακτήρια του εδάφους και της υδρόσφαιρας. Αποτελεί συστατικό της αιθαλομίχλης. Έχει ανιχνευθεί επίσης στο διάστημα (δείτε παρακάτω).

Η μεθανάλη, τα ολιγομερή της και οι υδρίτες της (όπως η μεθανοδιόλη) σπανίως βρίσκονται σε ζωντανούς οργανισμούς. Η μεθανογένεση γίνεται μέσω ισοδύναμης μεθανάλης αλλά αυτό το μονοανθρακικό χημικό είδος καλύπτεται ως μια μεθυλενομάδα στη μεθανοπτερίνη. Η μεθανάλη είναι ο κύριος λόγος της τοξικότητας της μεθανόλης, αφού η τελευταία μεταβολίζεται σε μεθανάλη από την αλκοολική δεϋδρογονάση:

\mathrm{CH_3OH + NAD \xrightarrow{\alpha \lambda \kappa oo \lambda \iota \kappa \acute{\eta} \; \delta \epsilon \ddot{\upsilon} \delta \rho o \gamma o \nu \acute{\alpha} \sigma \eta} HCHO + NADH_2}

Ομοίως με τη αιθανάλη, η μεθανάλη φυσιολογικά μεταβολίζεται γρήγορα σε μεθανικό οξύ στο ανθρώπινο σώμα:

\mathrm{HCHO + NAD + H_2O \xrightarrow{\alpha \lambda \kappa oo \lambda \iota \kappa \acute{\eta} \; \delta \epsilon \ddot{\upsilon} \delta \rho o \gamma o \nu \acute{\alpha} \sigma \eta} HCOOH + NADH_2}

Μικρές ποσότητες μεθανάλης παράγονται με ατελή καύση μεθανίου και ξύλου.

Η μεθανάλη στο διάστημα [Επεξεργασία]

Η παρουσία της μεθανάλης στο διαστρικό μέσο είναι ένα θέμα που αφορρά την Αστροχημεία και διαπιστώθηκε για πρώτη φορά το 1969 από τον L. Snyder et al., χρησιμοποιώντας το Εθνικό Παρατηρητήριο Ραδιοαστρονομίας (National Radio Astronomy Observatory) των ΗΠΑ.[6].

Διαστρική χημεία [Επεξεργασία]

Οι αντιδράσεις αέριας φάσης που παράγουν μεθανάλη περιέχουν μέτρια (ενεργειακά) εμπόδια και είναι πολύ αναποτελεσματικές, μη μπορώντας έτσι να δικαιολογήσουν την παραγωγή της αφθονίας μεθανάλης που έχει παρατηρηθεί[7]. Ένας προτεινόμενος μηχανισμός σχηματισμού της μεθανόλης είναι η υδρογόνωση στερεού μονοξειδίου του άνθρακα[7]:

\mathrm{H + CO \xrightarrow{} HCO \xrightarrow{+H} HCHO \;(K_c = 9,2 \cdot 10^{-3} \; s^{-1})}

Αυτός είναι ο βασικός παραγωγικός μηχανισμός που οδηγεί σε μεθανάλη, αλλά υπάρχ ουν αρκετές παράπλευρες αντιδράσεις που παίρνουν μέρος σε κάθε βήμα της αντίδρασης που βασίζονται στη φύση του στερεού υπόβαθρου, σύμφωνα με τον David Woon[7]. Η παραπάνω εμφανιζόμενη σταθερά ταχύτητας αντιστοιχεί στο βήμα της υδρογόνωσης του CO. Η σταθερά αντίδρασης του δεύτερου βήματος, δηλαδή της υδρογόνωσης του HCO, δεν δίνεται γιατί είναι πολύ μεγαλύτερη, μάλλον γιατί η ασταθής ένωση HCO δρα ως ελεύθερη ρίζα[8]. Ο Awad et al.. ανέφερε ότι αυτή είναι μια αντίδραση επιφανειακού επιπέδου και μόνο το μονοεπίπεδο στρώμα του CO έχει ληφθεί υπόψη στους κινητικούς υπολογισμούς. Δηλαδή δεν λαμβάνει υπόψη τυχόν ραγίσματα στο στερεό CO[8].

Η μεθανάλη είναι σχετικά αδρανής στη χημεία αέριας φάσης του διαστρικού μέσου. Η δράση είναι κατά κύριο λόγο εστιασμένη στη χημεία επιφανείας της σκόνης των νεφών του διαστρικού μέσου[9][10]. Αντιδράσεις που περιλαμβάνουν τη μεθανάλη έχουν παρατηρηθεί και παράγουν μόρια που περιέχουν δεσμούς C-H, C-O, O-H και C-N[10] . Αν και αυτά τα παράγωγα δεν είναι απαραίτητα καλά γνωστά, ο Schutte et al.. πιστεύει ότι αυτά είναι τα τυπικά παράγωγα της μεθανάλης σε υψηλές θερμοκρασίες, όπως για παράδειγμα πολυοξυμεθυλένια, αμινομεθανόλη, μεθανοδιόλη και 2-μεθοξυαιθανόλη[9]. Η μεθανάλη πιστεύεται ότι είναι μια κύρια πρόδρομη ένωση για την παραγωγή πιο πολύπλοκων οργανικών μορίων στο διαστρικό μέσο, που περιλαμβάνουν και τα αμινοξέα[10]. Η μεθανάλη συχνά αντιδρά με αμμωνία, νερό, μεθανόλη, μονοξείδιο του άνθρακα και τον εαυτό της (παράγοντας ολιγομερείς και πολυμερείς της ενώσεις)[9][10]. Οι κυρίαρχες σχετικές αντιδράσεις είναι ακόλουθες[9]:

\mathrm{H_2CO + NH_3 \xrightarrow{} CH_2=NH + H_2O}
(παραγωγή μεθανιμίνης)
\mathrm{H_2CO + H_2O \xrightarrow{} CH_2(OH)_2}
(παραγωγή μεθανοδιόλης)
\mathrm{H_2CO + CH_3OH \xrightarrow{} CH_3OCH_2OH}
(παραγωγή μεθοξυμεθανόλης)
\mathrm{H_2CO + CO \xrightarrow{} HCOCOH}
(παραγωγή μεθανοδιάλης)
\mathrm{vH_2CO \xrightarrow{} (CH_2O)_v}
(παραγωγή |παραφορμαλδεΰδης)

Δομή [Επεξεργασία]

Δεσμοί[11]
Δεσμός τύπος δεσμού ηλεκτρονική δομή Μήκος δεσμού Ιονισμός
C-H σ 2sp2-1s 107 pm 3% C- H+
C=O σ 2sp2-2sp2 132 pm 19% C+ O-
π 2p-2p
Στατιστικό ηλεκτρικό φορτίο[12]
O -0,38
H +0,03
C +0,32

Παραγωγή [Επεξεργασία]

Βιομηχανική [Επεξεργασία]

Η παραγωγή της μεθανάλης γίνεται σχεδόν αποκλειστικά με καταλυτική οξείδωση της μεθανόλης. Η μεθανόλη που θα χρησιμοποιηθεί πρέπει να είναι υψηλού βαθμού καθαρότητας γιατί οι προσμίξεις δηλητηριάζουν τους καταλύτες. Οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενοι καταλύτες είναι ο άργυρος ή κάποιο οξείδιο μετάλλου, όπως οξείδιο του σιδήρου (FeO) σε μείγμα με βανάδιο και μολυβδαίνιο.

Η μεθανόλη είτε οξειδώνεται με το οξυγόνο του αέρα είτε απλώς συμβαίνει αφυδρογόνωση:

\mathrm{2CH_3OH + O_2 \xrightarrow{} 2HCHO + 2H_2O}
ή
\mathrm{CH_3OH \xrightarrow{} HCHO + H_2}

Στις βιομηχανικές μονάδες οι δύο παραπάνω αντιδράσεις συμβαίνουν ταυτόχρονα χωρίς μεγάλα έξοδα ενέργειας καθώς η αντίδραση της οξείδωσης παρέχει την απαραίτητη ενέργεια για λάβει χώρα η αντίδραση της αφυδρογόνωσης. Στη συνεχή παραγωγική διαδικασία η θερμοκρασία στον καταλυτικό αντιδραστήρα είναι της τάξεως των 450 – 650°C, αλλά με πολύ μικρό χρόνο παραμονής (~0,01sec). Ο βαθμός μετατροπής σε κάθε πέρασμα φτάνει στο 65% της μεθανόλης ενώ στη συνέχεια το μείγμα διαχωρίζεται, η μεθανόλη που απέμεινε ανακυκλώνεται, ενώ το προϊόν (μεθανάλη και λίγη μεθανόλη) αραιώνεται με νερό για να προκύψει το διάλυμα που προωθείται στο εμπόριο, η γνωστή φορμόλη.[13]

Εφαρμόζεται επίσης η καταλυτική οξείδωση μεθανίου[1]:

\mathrm{CH_4 + O_2 \xrightarrow[Cu]{\triangle} HCHO + H_2O}

Εναλλακτικές μέθοδοι [Επεξεργασία]

Με μερική οξείδωση μεθανόλης [Επεξεργασία]

Με μερική οξείδωση μεθανόλης, με σχετικά ήπια οξειδωτικά μέσα, όπως το τριοξείδιο του χρωμίου[14]:

\mathrm{3CH_3OH + 2CrO_3 \xrightarrow{} HCHO + Cr_2O_3 + 3H_2O}

Με έμμεση μερική αναγωγή μεθανικού οξέος [Επεξεργασία]

1. Αρχικά το μεθανικό οξύ μετατρέπεται σε μεθανοϋλοχλωρίδιο[15]:

\mathrm{HCOOH + SOCl_2 \xrightarrow{} HCOCl + SO_2 \uparrow + HCl}

2. Το μεθανοϋλοχλωρίδιο ανάγεται καταλυτικά άμεσα προς μεθανάλη:

\mathrm{HCOCl + H_2 \xrightarrow{Pd} HCHO + HCl}

Με οζονόλυση αιθενίου [Επεξεργασία]

Με οζονόλυση αιθενίου παράγεται τελικά μεθανάλη[16]:

\mathrm{CH_2=CH_2 + \frac{2}{3}O_3 \xrightarrow[H_2O]{Cu} 2HCHO}

Με επίδραση υπεριωδικού οξέος σε 1,2-αιθανοδιόλη [Επεξεργασία]

Με επίδραση υπεριωδικού οξέος σε 1,2-αιθανοδιόλη παράγεται μεθανάλη[17]:

\mathrm{HOCH_2CH_2OH + HIO_4 \xrightarrow{}2HCHO + HIO_3 + H_2O}

Με πυρόλυση μεθανικού ασβεστίου [Επεξεργασία]

Με πυρόλυση μεθανικού ασβεστίου παράγεται[18]:

\mathrm{(HCOO)_2Ca \xrightarrow{\triangle} 2HCHO + CaCO_3 \downarrow}

Φυσικές ιδιότητες [Επεξεργασία]

Σε κανονικές συνθήκες είναι άχρωμο και εύφλεκτο αέριο, με έντονη αποπνικτική οσμή. Έχει σημείο βρασμού τους -21°C. Είναι εξαιρετικά πολική ένωση (διπολική ροπή: 2,3 Debye) και διαλυτή στο νερό, την ακετόνη, το βενζόλιο και την αιθανόλη.

Φορμόλη [Επεξεργασία]

Κύριο λήμμα: φορμόλη

Στο εμπόριο, επειδή είναι σχετικά δύσκολος ο χειρισμός της υπό μορφή αερίου, συνήθως πωλείται ως υδατικό διάλυμα με συγκέντρωση 30 – 40% σε φορμαλδεΰδη, 0,5 – 15% σε μεθανόλη και πιθανά ίχνη διαφόρων μετάλλων ή και αρσενικού, γνωστό με την εμπορική ονομασία φορμόλη. Η μεθανόλη χρησιμοποιείται ως σταθεροποιητής για να εμποδίσει τον αυτοπολυμερισμό της μεθανάλης.

Χημικές ιδιότητες και παράγωγα [Επεξεργασία]

Αναγωγή προς μεθανόλη [Επεξεργασία]

Μπορεί να αναχθεί προς μεθανόλη με τις ακόλουθες μεθόδους[19]

1. Με λιθιοαργιλιοϋδρίδιο (LiAlH4):

\mathrm{4HCHO + LiAlH_4 \xrightarrow{} Li[Al(CH_3O)_4] \xrightarrow{+2H_2O} 4CH_3OH + LiAlO_2}

2. Με καταλυτική υδρογόνωση:

\mathrm{HCHO + H_2 \xrightarrow{Ni \; \acute{\eta} \; Pd \; \acute{\eta} \; Pt} CH_3OH }

Αναγωγή προς μεθάνιο [Επεξεργασία]

Μπορεί να αναχθεί προς μεθάνιο με την μεθόδο Wolff-Kishner[20]

\mathrm{HCHO + NH_2NH_2 \xrightarrow{-H_2O} CH_3N=NH \xrightarrow{KOH} CH_4 + N_2 }

Οξείδωση προς μεθανικό οξύ [Επεξεργασία]

Μπορεί να οξειδωθεί προς μεθανικό οξύ[21]:

1. Με υπερμαγγανικό κάλιο:

\mathrm{3HCHO + 2KMnO_4 + H_2SO_4 \xrightarrow{} 3HCOOH + 2MnO_2 + K_2SO_4 + H_2O}

2. Με τριοξείδιο του χρωμίου:

\mathrm{3HCHO + 2CrO_3 \xrightarrow{} 3HCOOH + Cr_2O_3}

3. Με οξυγόνο:

\mathrm{HCHO + O_2 \xrightarrow{} HCO_3H \xrightarrow{+HCHO} 2HCOOH}

4. Με αντιδραστήριο Tollens (αμμωνιακό διάλυμα νιτρικού αργύρου):

\mathrm{HCHO + Ag_2O \xrightarrow{NH_4NO_3} HCOOH + 2Ag \downarrow}

5. Με αντιδραστήρια Fehling:

\mathrm{HCHO + CuO \xrightarrow{NH_4NO_3} HCOOH + Cu_2O \downarrow}

  • Οι αντιδράσεις 4-5 παρουσιάζονται απλοποιημένες και χρησιμοποιούνται γενικά για την ανίχνευση αλδεϋδομάδας (-CHO).

Οξειδοαναγωγή Canizzaro [Επεξεργασία]

Με επίδραση υδροξειδίου του καλίου γίνεται οξειδοαναγωγή Cannizzaro παράγεται μεθανόλη και μεθανικό κάλιο[22]:

\mathrm{2HCHO + KOH \xrightarrow{} CH_3OH + HCOOK}

Προσθήκη ύδατος [Επεξεργασία]

Με προσθήκη ύδατος σε μεθανάλη παράηεται, σε χημική ισορροπία, η μη απομονώσιμη ασταθής μεθανοδιόλη[23]:

\mathrm{HCHO + H_2O \overrightarrow\longleftarrow CH_2(OH)_2 }

Προσθήκη αιθανοδιόλης-1,2 [Επεξεργασία]

Με προσθήκη αιθανοδιόλης-1,2 παράγεται 1,3-διοξολάνιο[24]:

\mathrm{HCHO + HOCH_2CH_2OH \xrightarrow{H^+} H_2O + } 1,3-dioxolane-2D-skeletal.png

Προσθήκη αιθανοδιθειόλης-1,2 [Επεξεργασία]

Με προσθήκη αιθανοδιθειόλης-1,2 παράγεται 1,3-διθειολάνιο[25]:

\mathrm{CH_3CHO + HSCH_2CH_2SH \xrightarrow{H^+} H_2O + } 1,3-dithiolane-2D-skeletal.png

1,3-dithiolane-2D-skeletal.png \mathrm{+ 2Ni + 2H_2 \xrightarrow{\triangle} CH_4 + CH_3CH_3 + 2NiS }

Αντιδράσεις με αζωτούχες ενώσεις [Επεξεργασία]

Αντιδρά με αρκετά είδη αζωτούχων ενώσεων του γενικού τύπου NH2A, όπου το A μπορεί να είναι υδρογόνο, αλκύλιο, υδροξύλιο, αμινοξάδα και διάφορα άλλα. Με βάση το γενικό τύπο η γενική αντίδραση είναι η ακόλουθη[26]:

\mathrm{HCHO + NH_2A \xrightarrow{} HCH=NA + H_2O}

  • Μερικά σχετικά παραδείγματα αμέσως παρακάτω:

1. Με αμμωνία παράγεται μεθανιμίνη. Προκύπτει από την παραπάνω γενική με A = H:

\mathrm{HCHO + NH_3 \xrightarrow{} CH_2=NH + H_2O}

2. Με πρωτοταγείς αμίνες (RNH2) παράγεται Ν-αλκυλομεθανιμίνη. Προκύπτει από την παραπάνω γενική με A = R:

\mathrm{HCHO + RNH_2 \xrightarrow{} CH_2=NR + H_2O}

3. Με υδροξυλαμίνη παράγεται μεθανοξίμη. Προκύπτει από την παραπάνω γενική με A = OH:

\mathrm{HCHO + NH_2OH \xrightarrow{} CH_2=NOH + H_2O}

4. Με υδραζίνη παράγεται αρχικά μεθανυδραζόνη και με περίσσεια μεθανάλης διμεθυλεναζίνη. Προκύπτει από την παραπάνω γενική με A = NH2:

\mathrm{HCHO + NH_2NH_2 \xrightarrow{-H_2O} CH_2=NNH_2 \xrightarrow{+HCHO} CH_2=NN=CH_2}

5. Με φαινυλυδραζίνη παράγεαι 1-μεθυλενο-2-φαινυλυδραζόνη. Προκύπτει από την παραπάνω γενική με A = NHPh:

\mathrm{HCHO + NH_2NHPh \xrightarrow{} CH_2=NNHPh + H_2O}

6. Με υδραζινομεθαναμίδιο παράγεται (2-μεθυλενυδραζινο)μεθαναμίδιο. Προκύπτει από την παραπάνω γενική με A = NHCONH2:

\mathrm{HCHO + H_2NNHCONH_2 \xrightarrow{} CH_2=NNHCONH_2 + H_2O}

Συμπύκνωση με δευτεροταγείς αμίνες [Επεξεργασία]

Με επίδραση δευτεροταγούς αμίνης (RNHR') παράγεται (διαλκυλαμινο)μεθανόλη[27]:

\mathrm{HCHO + RNHR\acute{} \xrightarrow{} CH_2(OH)N(R)R \acute{} }

Αλδολική συμπύκνωση [Επεξεργασία]

Με επίδραση βάσης έχουμε τη λεγόμενη αλδολική συμπύκνωση, η οποία όταν γίνεται με τον εαυτό της, παράγεται υδροξυαιθανάλη[28]:

\mathrm{2HCHO \xrightarrow{OH^-} CH_2(OH)CHO }

Συμπύκνωση με «ενεργές» μεθυλενομάδες [Επεξεργασία]

Με την επίδραση «ενεργών» μεθυλενομάδων, δηλαδή ενώσεων του γενικού τύπου XCH2Y, όπου X,Y ηλεκτραρνητικές ομάδες όπως π.χ. κυανομάδα (CN), καρβαλκοξυομάδα (COOR), έχουμε την αντίδραση Knoevenagel[29]:

\mathrm{HCHO + XCH_2Y \xrightarrow{OH^-} CH_2=CH(X)Y + H_2O }

Συμπύκνωση με α-αλεστέρες [Επεξεργασία]

Με επίδραση α-αλεστέρων (R'CHXCOOR) έχουμε την αντίδραση Darzen. Π.χ. με αλαιθανικό αλκυλεστέρα (XCH2COOR) τελικά παράγεται καρβαλκοξυοξιράνιο[30]:

\mathrm{HCHO + XCH_2COOR \xrightarrow{EtONa \; \acute{\eta} \; NaNH_2 \; \acute{\eta} \; Na} HX + } Carbalkoxyoxirane.png

Επίδραση φωσφοροϋλιδίων [Επεξεργασία]

Με επίδραση φωσφοροϋλιδίων [Ph3P+C-(R)R'] έχουμε τη λεγόμενη αντίδραση Wittig, με την οποία παράγεται 1,2-διαλκυλαιθένιο-1[31]:

\mathrm{HCHO + Ph_3P^+C^-(R)R \acute{} \xrightarrow{} CH_2=CH(R)R \acute{} + Ph_3PO }

Προσθήκη διαφόρων πυρηνόφιλων αντιδραστηρίων [Επεξεργασία]

Είναι δυνατή η προσθήκη διαφόρων πυρηνόφιλων αντιδραστηρίων στο διπλό δεσμό C=O που περιέχει η αιθανάλη. Π.χ.:[32]:

1. Με προσθήκη υδροκυανίου παράγεται αρχικά 2-υδροξυαιθανονιτρίλιο, από το οποίο με υδρόλυση μπορεί να παραχθεί υδροξυαιθανικό οξύ:

\mathrm{HCHO + HCN \xrightarrow{} HOCH_2CN \xrightarrow{+2H_2O} HOCH_2COONH_4 \xrightarrow{+HCl} HOCH_2COOH + NH_4Cl }

2. Με προσθήκη όξινου θειικού νατρίου παράγεται υδροξυμεθανοσουλφονικό οξύ:

\mathrm{HCHO + NaHSO_3 \xrightarrow{} HOCH_2SO_3Na \xrightarrow{+HCl} HOCH_2SO_3H + NaCl }

3. Με προσθήκη αλκυλομαγνησιοαλογονιδίου (RMgX) παράγεται αλκοόλη-1:

\mathrm{HCHO + RMgX \xrightarrow{} CH_2(OMgX)R \xrightarrow{+H_2O} CH_2(OH)R + Mg(OH)X \downarrow }

4. Με προσθήκη πενταχλωριούχου φωσφόρου παράγεται διχλωρομεθάνιο:

\mathrm{HCHO + PCl_5 \xrightarrow{} CH_2Cl_2 + POCl_3}

Επίδραση διαζωμεθανίου [Επεξεργασία]

Με επίδραση διαζωμεθάνιου παράγεται οξιράνιο[33]:

\mathrm{HCHO + CH_2N_2 \xrightarrow{} N_2 + } Ethylene oxide.svg

Επίδραση υδραζωτικού οξέος [Επεξεργασία]

Με επίδραση υδραζωτικού οξέος παράγεται υδροκυάνιο και μεθαναμίδιο[34]:

\mathrm{2HCHO + HN_3 \xrightarrow{H_2SO_4} HCN + HCONH_2 + N_2}

Προσθήκη αλκοολών [Επεξεργασία]

Με προσθήκη αλκοόλης (ROH) παράγεται αρχικά αλκοξυμεθανόλη και έπειτα, με περίσσεια αλκοόλης διαλκοξυμεθάνιο[35]:

\mathrm{HCHO + ROH \xrightarrow{H^+} CH_2(OR)OH \xrightarrow{+ROH} CH_2(OR)_2 + H_2O}

Αντίδραση Stracker [Επεξεργασία]

Με επίδραση υδροκυανίου (HCN) και αμμωνίας (NH3) σε μεθανάλη παράγεται αρχικά αμιναιθανονιτρίλιο και στη συνέχεια, με υδρόλυση, γλυκίνη[36]:

\mathrm{HCHO + HCN + NH_3 \xrightarrow{-H_2O} H_2NCH_2CN \xrightarrow{+2H_2O} H_2NCH_2COOH + NH_3}

Πολυμερισμός [Επεξεργασία]

Η μεθανάλη δίνει τα ακόλουθα ολιγομερή και πολυμερή[37]:

1. Τριμερισμός προς 1,3,5-τριοξάνιο:

Trioxane syntesis.png

2. Ολιγομερισμός προς παραφορμαλδεΰδη:

\mathrm{vHCHO \xrightarrow{} HOCH_2(OCH_2)_vOH }

  • Όπου \mathrm{v \in \mathbb{N}, \; 5 \le v \le 50}

3. Πολυμερισμός προς πολυοξυμεθυλένιο:

\mathrm{vHCHO \xrightarrow{} HOCH_2(OCH_2)_vOH }

  • Όπου \mathrm{v \in \mathbb{N},\; v > 100}

Τριμερισμός με υδρόθειο [Επεξεργασία]

Με επίδραση υδροθείου παράγει 1,3,5-τριθειάνιο[38]:

\mathrm{3HCHO + 3H_2S \xrightarrow{} 3H_2O + } 1,3,5-Trithiane.png

Φωτοχημική προσθήκη σε αλκένια [Επεξεργασία]

Με επίδραση μεθανάλης σε αιθένιο σχηματίζεται φωτοχημικά οξετάνιο (Αντίδραση Paterno–Büchi)[39] [40]:

\mathrm{ CH_2=CH_2 + HCHO \xrightarrow{hv}} Oxetane.png

Επίδραση καρβενίων [Επεξεργασία]

Παρεμβολή καρβενίων, π.χ. με μεθυλενίου παράγονται αιθανάλη και οξιράνιο[41]:

\mathrm{HCHO + CH_3Cl + KOH \xrightarrow{} KCl + H_2O + \frac{2}{3} CH_3CHO + \frac{1}{3}} Ethylene oxide.svg

Χρήσεις [Επεξεργασία]

Η φορμαλδεΰδη εμφανίζει αντισηπτική και απολυμαντική δράση και χρησιμοποιείται, με τη μορφή της φορμόλης, για την απολύμανση χεριών, εργαλείων και χώρων όπως δωμάτια νοσοκομείων και αποθηκευτικοί χώροι. Έχει εξαιρετική μικροβιοκτόνο, βακτηριοκτόνο και μυκητοκτόνο δράση, αλλά όταν χρησιμοποιείται γι' αυτό το λόγο η συγκέντρωσή της δεν πρέπει να ξεπερνά το 0,5% ή το 0,9% σε ιδιαίτερες περιπτώσεις.

Επίσης χρησιμοποιείται για τη διατήρηση ιστών βιολογικής προέλευσης ενώ η πιο γνωστή χρήση της είναι για την αποστείρωση και προσωρινή συντήρηση ανθρώπινων ιστών μέχρι την τελική τοποθέτηση ή χρήση. Εξαιτίας της τοξικότητας της φορμαλδεΰδης και των προβλημάτων υγείας που μπορεί να προκαλέσει στους ανθρώπους που έρχονται σε επαφή με αυτήν, τα τελευταία χρόνια έχει αντικατασταθεί από άλλα λιγότερο επικίνδυνα συντηρητικά.

Η μεγαλύτερη χρήση της είναι στην παραγωγή διάφορων ρητινών οι οποίες προκύπτουν από αντιδράσεις πολυσυμπύκνωσης. Έτσι με αντίδραση φορμαλδεΰδης – φαινόλης παράγεται ο γνωστός βακελίτης το οποίο είναι ένα σκληρό πολυμερές με τρισδιάστατο πλέγμα, πολύ μικρή διαλυτότητα στους οργανικούς διαλύτες και υψηλή αντίσταση στον ηλεκτρισμό και τη θερμότητα. Χρησιμοποιείται ως μονωτική ύλη και στην ηλεκτροτεχνία:

Παρασκευή Βακελίτη

Με αντίδραση ουρίας – φορμαλδεΰδης παράγεται μία ρητίνη που βρίσκει μεγάλη εφαρμογή στο φινίρισμα των βαμβακερών υφασμάτων, τα οποία ως γνωστό τσαλακώνονται εύκολα. Η προσθήκη τέτοιων ρητινών σταθεροποιεί τη δομή των ινών του υφάσματος με αποτέλεσμα να γίνονται ατσαλάκωτα. Ο τρόπος επίτευξης αυτού του στόχου είναι η αντίδραση ενός μορίου διμεθυλολουρίας (προϊόν συμπύκνωσης φορμαλδεΰδης και ουρίας) με τα ελεύθερα υδροξύλια δύο ινιδίων κυτταρίνης, δημιουργώντας με ακεταλικές συνδέσεις μία σταθερά διευθετημένη ίνα κυτταρίνης.[42]

Φινίρισμα ινών κυτταρίνης

Το πολυμερές της παραπάνω συμπύκνωσης χρησιμοποιείται για την παραγωγή συγκολλητικών ουσιών για την παρασκευή προϊόντων όπως το κόντρα-πλακέ, οι μοριοσανίδες (νοβοπάν), για την κατασκευή ταπήτων και άλλα.

Τέλος χρησιμοποιείται ως πρώτη ύλη και για την παρασκευή σημαντικών οργανικών ενώσεων όπως η πενταερυθριτόλη, η εξαμίνη και άλλες.

Ασφάλεια - Υγεία [Επεξεργασία]

Η φορμαλδεΰδη είναι μία εξαιρετικά τοξική χημική ένωση, προσβάλλοντας κυρίως τα μάτια, τη μύτη και το λάρυγγα. Σε συγκεντρώσεις μεγαλύτερες από 0,1 mg/kg στον αέρα μπορεί να ερεθίσει τα μάτια, να προκαλέσει πονοκεφάλους, αίσθημα καψίματος στο λαιμό και δυσκολία στην αναπνοή. Μεγαλύτερες εκθέσεις σε φορμαλδεΰδη μπορούν να αποβούν και θανατηφόρες.

Η Ευρωπαϊκή Ένωση έχει κατατάξει τα διαλύματα της φορμαλδεΰδης σε τέσσερις κατηγορίες ανάλογα με την περιεκτικότητά τους. Έτσι:[43]

Συγκέντρωση κατά βάρος Επισήμανση Φράσεις R
≥ 25% Τοξικό (Τ) 23/24/25,34,40,43
5% - 25% Βλαβερό (Xn) 20/21/22,36/37/38,40,43
1% - 5% Βλαβερό (Xn) 40,43
0,2% - 1% Ερεθιστικό (Xi) 43

Τέλος πρέπει να τονιστεί ότι η φορμαλδεΰδη έχει επισημανθεί ως ύποπτη καρκινογόνος ουσία.

Αναφορές και σημειώσεις [Επεξεργασία]

  1. ↑ 1,0 1,1 Günther Reuss, Walter Disteldorf, Armin Otto Gamer, Albrecht Hilt “Formaldehyde” in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2002, Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002/14356007.a11_619
  2. ↑ Formaldehyde, Formaldehyde, 2-Butoxyethanol and 1-tert-Butoxypropan-2-ol, IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans 88, Lyon, France: International Agency for Research on Cancer, 2006, σελ. 39–325, ISBN 92-832-1288-6, http://monographs.iarc.fr/ENG/Monographs/vol88/mono88-6.pdf . Πρότυπο:11thRoC.
  3. ↑ Harris, Gardiner (10 June 2011). Government Says 2 Common Materials Pose Risk of Cancer. New York Times. http://www.nytimes.com/2011/06/11/health/11cancer.html. Ανακτήθηκε στις 2011-06-11. 
  4. ↑ National Toxicology Program (10 June 2011). 12th Report on Carcinogens. National Toxicology Program. http://ntp.niehs.nih.gov/index.cfm?objectid=72016262-BDB7-CEBA-FA60E922B18C2540. Ανακτήθηκε στις 2011-06-11. 
  5. ↑ National Toxicology Program (10 June 2011). Report On Carcinogens – Twelfth Edition – 2011 (PDF). National Toxicology Program. http://ntp.niehs.nih.gov/ntp/roc/twelfth/roc12.pdf. Ανακτήθηκε στις 2011-06-11. 
  6. ↑ Snyder, L. E., Buhl, D., Zuckerman, B., & Palmer, P. 1969, Phys. Rev. Lett., 22, 679
  7. ↑ 7,0 7,1 7,2 Woon, D.E. 2002, Astrophysical Journal, 569, 541.
  8. ↑ 8,0 8,1 Awad et al.. 2005, Astrophysical Journal, 626, 262.
  9. ↑ 9,0 9,1 9,2 9,3 W. A. Schutte et al.. 1993, Science, 259, 1143.
  10. ↑ 10,0 10,1 10,2 10,3 W. A. Schutte et al.. 1993, Icarus, 104, 118.
  11. ↑ Τα δεδομένα προέρχονται εν μέρει από το «Table of periodic properties of thw Ellements», Sagrent-Welch Scientidic Company και Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, Σελ. 34.
  12. ↑ Υπολογισμένο βάση του ιονισμού από τον παραπάνω πίνακα
  13. ↑ Speight J. G., “Chemical and Process Design Handbook”, McGraw-Hill, 2002.
  14. ↑ Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.216, §9.2.2.
  15. ↑ Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.216, §9.2.3.
  16. ↑ Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.216, §9.2.4.
  17. ↑ Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.216, §9.2.6.
  18. ↑ Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.217, §9.2.4α.
  19. ↑ Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.218, §9.5.2.
  20. ↑ Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.218, §9.5.3α.
  21. ↑ Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.221, §9.6.1,2.
  22. ↑ Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.221, §9.6.4.
  23. ↑ Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.218, §9.5.5α.
  24. ↑ Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.218, §9.5.5β.
  25. ↑ Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.218, §9.5.2 και §9.5.5β
  26. ↑ Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.218-219, §9.5.6.
  27. ↑ Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.219, §9.5.7.
  28. ↑ Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.219, §9.5.8.
  29. ↑ Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.219, §9.5.9.
  30. ↑ Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.219, §9.5.10.
  31. ↑ Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.219, §9.5.11.
  32. ↑ Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.220, §9.5.12.
  33. ↑ Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.220, §9.5.14.
  34. ↑ Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.220, §9.5.15.
  35. ↑ Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.221, §9.6.3.
  36. ↑ «Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας» Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 329, §14.2.2.
  37. ↑ «Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας» Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 221, §9.8.5α.
  38. ↑ Bost, R. W.; Constable, E. W. (1936), "sym-Trithiane", Org. Synth. 16: 81, http://www.orgsyn.org/orgsyn/orgsyn/prepContent.asp?prep=cv2p0610 ; Coll. Vol. 2: 610 .
  39. ↑ E. Paterno, G. Chieffi (1909). ".". Gazz. Chim. Ital. 39: 341. 
  40. ↑ G. Büchi, Charles G. Inman, and E. S. Lipinsky (1954). "Light-catalyzed Organic Reactions. I. The Reaction of Carbonyl Compounds with 2-Methyl-2-butene in the Presence of Ultraviolet Light". Journal of the American Chemical Society 76 (17): 4327–4331. doi:10.1021/ja01646a024. 
  41. ↑ Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 155, §6.7.3.
  42. ↑ Παπαγεωργίου Β.Π., “Εφαρμοσμένη Οργανική Χημεία: Άκυκλες Ενώσεις”, Εκδόσεις Παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1986.
  43. ↑ Η σελίδα της Ε.Ε. για την ταξινόμηση και την επισήμανση των επικίνδυνων ουσιών.

Πηγές [Επεξεργασία]

Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Formaldehyde της Αγγλόγλωσσης Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).
Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Interstellar formaldehyde της Αγγλόγλωσσης Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).
π • σ • ε
Αλδεΰδες
Αλκανάλες
Αλκενάλες
Κυκλοαλκανάλες
Αρωματικές αλδεύδες
Υδροξυαλδεΰδες
Ανακτήθηκε από "http://el.wikipedia.org/w/index.php?title=Μεθανάλη&oldid=4006248"