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
Μεθυλαλδεΰδη
Μεθυλενογλυκόλη
Μεθυλενοξείδιο
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
Χημικές 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
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες (25°C, 100 kPa).

Η μεθανάλη ή φορμαλδεΰδη[1] είναι οργανική χημική ένωση άνθρακα, οξυγόνου και υδρογόνου, με χημικό τύπο CH2O, αν και παριστάνεται συχνά και με τον τύπο HCHO. Είναι η απλούστερη αλδεΰδη, όπως δηλώνει το συστηματικό της όνομα, «μεθανάλη» (εφόσον λήγει σε «-άλη»). Το εμπειρικό της όνομα, «φορμαλδεΰδη», προέρχεται από τη σχέση της με το μεθανικό οξύ, του οποίου η εμπειρική ονομασία είναι «φορμικό οξύ».

Η καθαρή μεθανάλη, στις «συνηθισμένες συνθήκες», δηλαδή θερμοκρασία 25°C και πίεση 1 atm, είναι ένα άχρωμο εύφλεκτο αέριο, με μια χαρακτηριστική έντονη, ερεθιστική οσμή. Είναι μια πρόδρομη ένωση δηλαδή μια ένωση, που χρησιμοποιείται για την παραγωγή, πολλών άλλων ενώσεων. Το 1996, η ετήσια παγκόσμια παραγωγή της εκτιμήθηκε σε 8,7 εκατομμύρια τόννους[2]. Τα εμπορικά υδατικά διαλύματα φορμαλδεΰδης, ονομάζονται εμπειρικά «φορμόλη», ή «φορμαλίνη», που χρησιμοποιούνταν παλαιότερα ως απολυμαντικό για τη διατήρηση βιολογικών δειγμάτων.

Εξαιτίας της ευρύτατης χρήσης της, της σημαντικής τοξικότητας και ευφλεκτότητας, η έκθεση στη μεθανάλη αποτελεί ένα σημαντικό κίνδυνο για την ανθρώπινη υγεία[3]. 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...»[4][5][6].

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.

Πίνακας περιεχομένων

Ιστορία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η μεθανάλη παράχθηκε τυχαία για πρώτη φορά το 1855 από το Ρώσο χημικό Αλεξάντρ Μιχάηλοβιτς Μπούτλεροβ (Бутлеров, Александр Михайлович). Η πρώτη τεχνική παρουσίαση παραγωγής της, με αφυδρογόνωση μεθανόλης, πραγματοποιήθηκε το 1867, από το Γερμανό Αυγκούστ Γουΐλχελμ βον Χόφμανν (August Wilhelm von Hofmann). 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. Με την ανακάλυψη των ρητινών ουρίας και των φαινολικών ρητινών, από την αρχή του 20ού αιώνα, αυξήθηκε απότομα η ζήτηση για μεθανάλη. Ως απάντηση στη ζήτηση αυτή, 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.

Μορφές της μεθανάλης[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η μεθανάλη είναι πιο πολύπλοκη από πολλές άλλες απλές ενώσεις του άνθρακα, γιατί υιοθετεί διαφορετικές μορφές - παράγωγα. Ένα σημαντικό παράγωγό της είναι ένα κυκλικό τριμερές της που ονομάζεται μεταφορμαλδεΰδη (εμπειρική ονομασία) ή 1,3,5-τριοξάνιο (συστηματική ονομασία), με τύπο (CH2O)3. Επίσης σχηματίζει ένα μη συγκεκριμένου τύπου ολιγομερές, που ονομάζεται παραφορμαλδεΰδη, με τύπο (CH2O)ν. Αυτές οι ενώσεις συμπεριφέρονται, από χημικής πλευράς, παρόμοια με τη μονομερή τους, μεθανάλη (δείτε και παρακάτω, στην ενότητα «Χημικές ιδιότητες και παράγωγα / Πολυμερισμός»).

Ακόμη, όταν διαλύεται στο νερό, η μεθανάλη σχηματίζει μια ενυδατωμένη μορφή της, τη «φορμόλη» (εμπειρική ονομασία) ή «μεθανοδιόλη» (συστηματική ονομασία), με τύπο: CH2(OH)2:

Formaldehyd Hydratisierung.svg

Αυτή η διόλη επίσης υπάρχει σε χημική ισορροπία με μια σειρά ολιγομερών, μια ισορροπία που εξαρτάται από τη συγκέντρωση της μεθανάλης και τη θερμοκρασία. Ένα κορεσμένο υδατικό διάλυμα μεθανάλης, που περιέχει 40% κατ' όγκο και 37% κατά βάρος μεθανάλη, ονομάζεται «100% φορμαλίνη». Συνήθως προστίθεται και μια μικρή ποσοτητα ενός σταθεροποιητή, όπως η μεθανόλη, που παρεμποδίζει την οξείδωση και τον πολυμερισμό της μεθανάλης. Μια τυπική εμπορικού βαθμού φορμαλίνη μπορεί να περιέχει 10-12% μεθανάλης και επιπρόσθετα διάφορες μεταλλικές προσμίξεις.

Φυσική παρουσία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

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 παρουσίας της ένωσης στην ατμόσφαιρα, ενώ το υπόλοιπο 10% 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 και 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 | επεξεργασία κώδικα]

Η μεθανάλη ήταν η πρώτη πολυατομική οργανική ένωση που ανιχνεύθηκε στο διαστρικό μέσο και από την αρχική της ανίχνευση έχει παρατηρηθεί η παρουσία της σε πολλές περιοχές του Γαλαξία μας[7]. Εξαιτίας του μεγάλου ενδιαφέρον της διαστρικής μεθανάλης, το θέμα έχει πρόσφατα μελετηθεί (σχετικά) εκτεταμένα, αποδίδοντας και νέες (ακόμη και) εξωγαλακτικές πηγές[8]. Ένας προτεινόμενος μηχαμισμός σχηματισμού της είναι η υδρογόνωση στερεού μονοξειδίου του άνθρακα:

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

Η μεθανάλη φαίνεται ότι είναι μια χρήσιμη δοκική για τους αστροχημικούς, εξαιτίας της (σχετικά) μικρής δραστικότητάς της στης αέρια φάση και του γεγονότος ότι οι Κ-διπλές απορροφήσεις της 110←111 και 211←212 είναι σχετικά καθαρές.

Δομή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Δεσμοί[9]
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[10]
O -0,38
H +0,03
C +0,32

Παραγωγή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Βιομηχανική[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η παραγωγή της μεθανάλης γίνεται σχεδόν αποκλειστικά με καταλυτική οξείδωση της μεθανόλης. Η μεθανόλη που χρησιμοποιείται 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 μίγμα 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 (~0,01 sec). Ο βαθμός μετατροπής σε κάθε πέρασμα φτάνει στο 65% της μεθανόλης, ενώ στη συνέχεια το μίγμα 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.[11]

Θεωρητικά η μεθανάλη θα μπορούσε να παραχθεί με οξείδωση του μεθανίου, αλλά αυτή η οδός δεν είναι βιομηχανικά βιώσιμη, γιατί η μεθανάλη οξειδώνεται πιο εύκολα απ' ότι το μεθάνιο[2]:


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

Εναλλακτικές μέθοδοι[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με μερική οξείδωση μεθανόλης[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με μερική οξείδωση μεθανόλης, με σχετικά ήπια οξειδωτικά μέσα, όπως το τριοξείδιο του χρωμίου[12]:


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

Με έμμεση μερική αναγωγή μεθανικού οξέος[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

1. Αρχικά το μεθανικό οξύ μετατρέπεται σε μεθανοϋλοχλωρίδιο[13]:


\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 | επεξεργασία κώδικα]

Με οζονόλυση αιθενίου παράγεται τελικά μεθανάλη[14]:


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

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

Με επίδραση υπεριωδικού οξέος σε 1,2-αιθανοδιόλη παράγεται μεθανάλη[15]:


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

Με πυρόλυση μεθανικού ασβεστίου[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με πυρόλυση μεθανικού ασβεστίου παράγεται μεθανάλη. Είναι η μόνη αλδεΰδη που μπορεί να παραχθεί με αυτήν τη μέθοδο[16]:


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

Φυσικές ιδιότητες[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

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.

Χημικές ιδιότητες και παράγωγα[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Αναγωγή προς μεθανόλη[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Μπορεί να αναχθεί προς μεθανόλη με τις ακόλουθες μεθόδους[17]

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 | επεξεργασία κώδικα]

Μπορεί να αναχθεί προς μεθάνιο με την μεθόδο Wolff-Kishner[18]


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

Οξείδωση προς μεθανικό οξύ[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Μπορεί να οξειδωθεί προς μεθανικό οξύ[19]:

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 | επεξεργασία κώδικα]

Με επίδραση υδροξειδίου του καλίου γίνεται οξειδοαναγωγή Cannizzaro, οπότε παράγεται μεθανόλη και μεθανικό κάλιο[20]:


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

Προσθήκη ύδατος[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με προσθήκη ύδατος σε μεθανάλη παράηεται, σε χημική ισορροπία, η μη απομονώσιμη ασταθής μεθανοδιόλη[21]:


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

Προσθήκη 1,2-αιθανοδιόλης[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με προσθήκη 1,2-αιθανοδιόλης παράγεται 1,3-διοξολάνιο[22]:


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

Προσθήκη 1,2-αιθανοδιθειόλης[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με προσθήκη 1,2-αιθανοδιθειόλης παράγεται 1,3-διθειολάνιο[23]:


\mathrm{HCHO + 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 | επεξεργασία κώδικα]

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[24]:


\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 | επεξεργασία κώδικα]

Με επίδραση δευτεροταγούς αμίνης (RNHR') παράγεται (διαλκυλαμινο)μεθανόλη[25]:


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

Αλδολική συμπύκνωση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με επίδραση βάσης έχουμε τη λεγόμενη αλδολική συμπύκνωση, η οποία όταν γίνεται με τον εαυτό της, παράγεται υδροξυαιθανάλη[26]:


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

Συμπύκνωση με «ενεργές» μεθυλενομάδες[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

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[27]:


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

Συμπύκνωση με α-αλεστέρες[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με επίδραση α-αλεστέρων (R'CHXCOOR) έχουμε την αντίδραση Darzen. Π.χ. με αλαιθανικό αλκυλεστέρα (XCH2COOR) τελικά παράγεται καρβαλκοξυοξιράνιο[28]:


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

Επίδραση φωσφοροϋλιδίων[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με επίδραση φωσφοροϋλιδίων [Ph3P+C-(R)R'] έχουμε τη λεγόμενη αντίδραση Wittig, με την οποία παράγεται 1,2-διαλκυλαιθένιο-1[29]:


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

Προσθήκη διαφόρων πυρηνόφιλων αντιδραστηρίων[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Είναι δυνατή η προσθήκη διαφόρων πυρηνόφιλων αντιδραστηρίων στο διπλό δεσμό C=O που περιέχει η αιθανάλη. Π.χ.:[30]:

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 | επεξεργασία κώδικα]

Με επίδραση διαζωμεθάνιου παράγεται οξιράνιο[31]:


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

Επίδραση υδραζωτικού οξέος[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με επίδραση υδραζωτικού οξέος παράγεται υδροκυάνιο και μεθαναμίδιο[32]:


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

Προσθήκη αλκοολών[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με προσθήκη αλκοόλης (ROH) παράγεται αρχικά αλκοξυμεθανόλη και έπειτα, με περίσσεια αλκοόλης διαλκοξυμεθάνιο[33]:


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

Αντίδραση Stracker[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με επίδραση υδροκυανίου (HCN) και αμμωνίας (NH3) σε μεθανάλη παράγεται αρχικά αμιναιθανονιτρίλιο και στη συνέχεια, με υδρόλυση, γλυκίνη[34]:

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

Πολυμερισμός[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η μεθανάλη δίνει τα ακόλουθα ολιγομερή και πολυμερή[35]:

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 | επεξεργασία κώδικα]

Με επίδραση υδροθείου παράγει 1,3,5-τριθειάνιο[36]:


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

Φωτοχημική προσθήκη σε αλκένια[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με επίδραση μεθανάλης σε αιθένιο σχηματίζεται φωτοχημικά οξετάνιο (Αντίδραση Paterno–Büchi)[37] [38]:

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

Επίδραση καρβενίων[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Παρεμβολή καρβενίων, π.χ. με μεθυλενίου παράγονται αιθανάλη και οξιράνιο[39]:


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

Χρήσεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

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.[40]

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 | επεξεργασία κώδικα]

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:[41]

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 | επεξεργασία κώδικα]

  1. Για εναλλακτικές ονομασίες δείτε τον πίνακα πληροφοριών.
  2. 2,0 2,1 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.
  3. "Formaldehyde" (PDF). 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. pp. 39–325. ISBN 92-832-1288-6. "Formaldehyde (gas)", Report on Carcinogens, Eleventh Edition, U.S. Department of Health and Human Services, Public Health Service, National Toxicology Program, 2005
  4. Harris, Gardiner (10 June 2011). "Government Says 2 Common Materials Pose Risk of Cancer". New York Times. Retrieved 2011-06-11.
  5. National Toxicology Program (10 June 2011). "12th Report on Carcinogens". National Toxicology Program. Retrieved 2011-06-11.
  6. National Toxicology Program (10 June 2011). "Report On Carcinogens – Twelfth Edition – 2011" (PDF). National Toxicology Program. Retrieved 2011-06-11.
  7. Zuckerman, B.; Buhl, D.; Palmer, P.; Snyder, L. E. 1970, Astrophysical Journal, 160, 485.
  8. Mangum, Jeffrey G.; Darling, Jeremy; Menten, Karl M.; Henkel, Christian (2008). "Formaldehyde Densitometry of Starburst Galaxies". Astrophys. J. 673 (2): 832–46. arXiv:0710.2115. Bibcode:2008ApJ...673..832M. doi:10.1086/524354.
  9. 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.
  10. Υπολογισμένο βάση του ιονισμού από τον παραπάνω πίνακα
  11. Speight J. G., “Chemical and Process Design Handbook”, McGraw-Hill, 2002.
  12. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.216, §9.2.2.
  13. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.216, §9.2.3.
  14. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.216, §9.2.4.
  15. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.216, §9.2.6.
  16. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.217, §9.2.4α.
  17. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.218, §9.5.2.
  18. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.218, §9.5.3α.
  19. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.221, §9.6.1,2.
  20. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.221, §9.6.4.
  21. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.218, §9.5.5α.
  22. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.218, §9.5.5β.
  23. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.218, §9.5.2 και §9.5.5β
  24. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.218-219, §9.5.6.
  25. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.219, §9.5.7.
  26. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.219, §9.5.8.
  27. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.219, §9.5.9.
  28. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.219, §9.5.10.
  29. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.219, §9.5.11.
  30. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.220, §9.5.12.
  31. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.220, §9.5.14.
  32. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.220, §9.5.15.
  33. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.221, §9.6.3.
  34. «Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας» Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 329, §14.2.2.
  35. «Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας» Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 221, §9.8.5α.
  36. 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 .
  37. E. Paterno, G. Chieffi (1909). «.». Gazz. Chim. Ital. 39: 341. 
  38. 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. 
  39. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 155, §6.7.3.
  40. Παπαγεωργίου Β.Π., “Εφαρμοσμένη Οργανική Χημεία: Άκυκλες Ενώσεις”, Εκδόσεις Παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1986.
  41. Η σελίδα της Ε.Ε. για την ταξινόμηση και την επισήμανση των επικίνδυνων ουσιών.

Πηγές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Formaldehyde της Αγγλικής 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 Formaldehyd της Γερμανικής Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).