تفاعلات الألدهيدات

ما هي تفاعلات الألدهيدات؟

تخضع الألدهيدات لمجموعة متنوعة من التفاعلات التي تؤدي إلى العديد من المنتجات المختلفة. التفاعلات الأكثر شيوعاً هي تفاعلات الإضافة المحبة للنواة والتي تؤدي إلى تكوين الكحولياتوالألكينات والديول والإيمينز على سبيل المثال لا للحصر.

تفاعلات مجموعة الكاربونيل

التفاعلات الرئيسية لمجموعة الكاربونيل هي إضافات محبة للأنوية إلى الرابطة المزدوجة بين الكربونوالأكسجين وتتكون هذه الإضافة من إضافة نيوكليوفيل وهيدروجين عبر الرابطة المزدوجة بين الكربون والأكسجين. بسبب الاختلافات في الكهربية فإنّ مجموعة الكاربونيل مستقطبة. ذرة الكربون لها شحنة موجبة جزئية وذرة الأكسجين لها شحنة سالبة جزئيًا.

عادةً ما تكون الألدهيدات أكثر تفاعلاً تجاه البدائل المحبة للنووية من الكيتونات بسبب التأثيرات الفراغية والإلكترونية. في الألدهيدات يتم ربط ذرة الهيدروجين الصغيرة نسبيًا بجانب واحد من مجموعة الكربونيل بينما يتم لصق مجموعة (R) أكبر بالجانب الآخر ومع ذلك في الكيتونات ترتبط مجموعات (R) بكلا جانبي مجموعة الكربونيل وبالتالي فإنّ عائق الستريك يكون أقل في الألدهيدات منه في الكيتونات.

إلكترونيًا، تحتوي الألدهيدات على مجموعة (R) واحدة فقط لتزويد الإلكترونات باتجاه الكربون الكربوني الموجب جزئيًا بينما تحتوي الكيتونات على مجموعتين إلكترونيتين ملحقة بالكربونيل. كلما زادت كمية الإلكترونات التي يتم توفيرها لكربون الكربونيل قلت الشحنة الموجبة الجزئية على هذه الذرة وكلما أصبحت أضعف كنواة.

تفاعلات الألدهيدات

الألدهيدات: هي مركبات كهربائية قوية يمكن أن تخضع لتفاعلات إضافة مع الثيول والأمينات لتشكيل مقاربات سامة في البروتينات الخلوية بما في ذلك الوصلات المتقاطعة (DNA) والبروتين. تتواجد الألدهيدات بشكل طبيعي في الخلايا وتتولد أثناء التمثيل الغذائي الوسيط للمركبات الطبيعية والأدوية والمواد الغريبة الحيوية.

تمّ العثور على الألدهيدات المتطايرة بما في ذلك الفورمالديهايد والأسيتالديهيد والأكرولين في دخان التبغ وعادم محرك الاحتراق وكملوثات صناعية وتحدث التعرضات المهنية في الصناعات التي تصنع الراتنجات والمنتجات الخشبية والورق والمنسوجات والسجاد والسلع الجلدية. يتم استقلاب الألدهيدات بشكل أساسي عن طريق نازعات الهيدروجين أو المسارات التي تعتمد على الجلوتاثيون وتنتج السمية عن غمر أنظمة إزالة السموم الخلوية.

بعض المخاوف المتعلقة بالألدهيدات

البطانة المخاطية للأنسجة الأنفية البلعومية هي الهدف الأساسي لاستنشاق الفورمالديهايد ومع وجود ارتباط بين التعرض وسرطان البلعوم الأنفي تمّ توثيق كل من التأثيرات السامة للجينات والسمية للخلايا في أنسجة أنف القوارض والرئيسيات بعد التعرض لاستنشاق الفورمالديهايد.

استخدم تقييم المخاطر لإمكانية الإصابة بالسرطان من استنشاق الفورمالديهايد والأسيتالديهيد تقليديًا الروابط المتقاطعة بين الدنا والبروتين كواسم حيوي وبديل لأنماط التعرض الخاصة بالأنسجة وتشير الدلائل الحديثة إلى أنّ الانتشار الخلوي المتجدد المعتمد على السمية الخلوية قد يكون مؤشرًا أكثر موثوقية ونقطة نهاية سامة للجينات للتعرض للفورمالديهايد منخفض المستوى وتعتبر الآليات البيوكيميائية الدقيقة المتضمنة في التسرطن الناجم عن الألدهيد غير واضحة وهي قيد التحقيق المكثف.

الألدهيدات: هي عبارة عن مركبات ذات جزء كربونيل طرفي (HC¼O) وتكون إمّا غير مشبعة أي تحتوي على رابطة كربون – كربون مزدوجة أو أكثر أو إمّا أن تكون مشبعة. هذا الاختلاف الهيكلي له أهمية كبيرة للتفاعل الكيميائي حيث أنّ الألدهيدات غير المشبعة تكون أكثر تفاعلاً بمقدار مرتين إلى ثلاث مرات من الألدهيدات المشبعة بطول الكربون المماثل.

ومع ذلك فإنّ الألدهيدات بشكل عام هي مكونات موجودة في كل مكان في البيئة وترتبط وفرتها المتزايدة بزيادة خطر الإصابة بأمراض القلب والأوعية الدموية لدى البشر، ومع ذلك فإنّ وفرة الألدهيد في البيئة لا تؤدي دائمًا إلى الهلاك لأنّ العديد من الأطعمة المألوفة تحتوي على مجموعة متنوعة من الألدهيدات غير السامة التي بالإضافة إلى توفير نكهة للأطعمة (على سبيل المثال، أنيسالديهيد، بنزالديهايد، سينامالديهيد، ألدهيد سيترال) والمشروبات (على سبيل المثال: أنيسيلدهيد).

يكاد يكون من المؤكد أنّ الألدهيدات تحفز الإجراءات المفيدة بشكل منهجي في البشر مثل النشاط المضاد للالتهابات في سينامالديهيد ومع ذلك فإنّ هذه الألدهيدات المشتقة بشكل طبيعي هي إلى حد ما في “منافسة” مع الألدهيدات المتولدة في الأطعمة أثناء عملية الطهي / التسخين وبعضها بالإضافة إلى خصائصها المعززة للرائحة / النكهة (على سبيل المثال: الأكرولين والفورمالديهايد) يمكن أن يكون جيدًا جدًا تكون ضارة بصحة المستهلك.

وبالمثل يعج الهواء القابل للتنفس بالألدهيدات المتولدة أثناء الاحتراق العضوي على سبيل المثال: عادم الطائرات وعادم السيارات ودخان السجائر ودخان حرائق الغابات وانبعاثات محطات الطاقة وما إلى ذلك ممّا يؤدي إلى تحسين كمي لمستويات الألدهيد المشبعة وغير المشبعة في الهواء بما في ذلك الأكرولين وإيثيل أكرولين والفورمالدهيد وكروتونالدهيد وغيرها الكثير.

يصعب قياس بعض هذه الألدهيدات بدقة ويمكن أن تتغير في التركيب الكيميائي بمرور الوقت بسبب التفاعلات الكيميائية في الهواء (مثل الأوزون) ومن خلال العمليات المعقدة التي تعتمد على الصورة وبالتالي ينتج عنها مركبات جديدة قد تكون خطرة أيضًا.

على الرغم من استنشاق الألدهيدات البيئية من قبل جميع السكان إلا أنّ وجود قائمة أقصر من الألدهيدات من خلال استخدامها المباشر في العمليات الصناعية يمكن أن يؤدي إلى تعرض مهني خطير محتمل يرتبط بتوليد / استخدام هذه الألدهيدات في هذه الصناعات مثل التحنيط والعطور الممارسات (مثل الفورمالديهايد).

لتفاقم هذا “حمل الألدهيد البيئي” الدائم تحدث التعرضات المهنية الصناعية مع المركبات التي يتم استقلابها لاحقًا في الجسم إلى الألدهيدات التفاعلية والتي تتورط في سمية العضو المصب للمركب الأم. أدى هذا السيناريو إلى أكثر من مثال توضيحي واحد للآثار الضارة المحتملة للتعرض للألدهيد. على سبيل المثال: يصاب عمال المصانع في صناعة البلاستيك الذين تعرضوا لكلوريد الفينيل على مدى عدة عقود بساركوما وعائية كبدية وهي ورم نادر في الخلايا البطانية بمعدلات أعلى بكثير من معدلات العمال غير المعرضين.

على الرغم من أنّ الآلية الدقيقة غير معروفة فإن المستقلب (2-chloroacetaldehyde) متورط وبالمثل فإنّ الآثار الضارة لتعرض عنصر بوتادين في البشر (والنماذج التجريبية) تُعزى إلى تحوله إلى كروتون ألدهيد وهو ألدهيد غير مشبع رباعي الكربون. والأفضل توثيقًا هو الآثار الجانبية السامة (مثل السمية القلبية وتسمم المثانة البولية) للدواء المضاد للسرطان سيكلوفوسفاميد والتي تُعزى إلى حد كبير إلى توليد الألدهيد غير المشبع ثلاثي الكربون والأكرولين ويتم إعادة تلخيص هذه التأثيرات في البيئات التجريبية باستخدام (acrolein) بمفرده أو مع سلائف الأكرولين الأليلامين.

لتعقيد الموقف يتم أيضًا إنتاج العديد من الألدهيدات الموجودة في البيئة أو الناتجة عن التعرض البيئي كمنتجات ثانوية لعملية التمثيل الغذائي الطبيعي في جسم الإنسان، على سبيل المثال: يتم تحسين إنتاج الأكرولين أثناء ظروف الإجهاد التأكسدي والسكري والالتهاب وبالتالي من المحتمل أن تعزز هذه الظروف “إطلاق الألدهيد الناجم عن الألدهيد” والذي يؤدي دائمًا إلى تفاقم التسبب في المرض.

تفاعلات الإضافة في الألدهيدات

تفاعل إضافة الكحول

تنتج تفاعلات الألدهيدات مع الكحولات إما نصف أسيتال أو أسيتال اعتمادًا على الظروف. يؤدي خلط المتفاعلين معًا إلى إنتاج نصفي وينتج عن خلط المتفاعلين بحمض الهيدروكلوريك أسيتال.

تفاعل تكوين الأسيتال

تفاعلات تكوين الأسيتال قابلة للعكس في الظروف الحمضية ولكن ليس في الظروف القلوية. هذه الخاصية تجعل الأسيتال مجموعة حماية مثالية لجزيئات الألدهيد التي يجب أن تخضع لمزيد من التفاعلات مجموعة الحماية هي مجموعة يتم إدخالها في جزيء لمنع تفاعل مجموعة حساسة أثناء إجراء التفاعل في موقع آخر في الجزيء.

ويجب أن تتمتع المجموعة الحامية بالقدرة على الرد بسهولة على المجموعة الأصلية التي تشكلت منها مثال على ذلك: هو حماية مجموعة ألدهيد في جزيء بحيث يمكن اختزال مجموعة الإستر إلى كحول، في هذا التفاعل يتم تحويل مجموعة الألدهيد إلى مجموعة أسيتال وبالتالي منع التفاعل في هذا الموقع عند إجراء تفاعلات أخرى على باقي الجزيء.

تفاعل الألدهيدات مع ylides

ينتج تفاعل الألدهيدات مع (ylides) الفوسفور ألكينات لمواقع الرابطة المزدوجة التي لا لبس فيها. يتم تحضير الييلدات الفوسفورية عن طريق تفاعل الفوسفين مع هاليد ألكيل متبوعًا بمعالجة بقاعدة. (Ylides) لها شحنات موجبة وسالبة على الذرات المجاورة.

تفاعل إضافة الكواشف المعدنية العضوية

تتفاعل كواشف (Grignard) ومركبات الليثيوم العضوية وألكينات الصوديوم مع الفورمالديهايد لإنتاج الكحولات الأولية وجميع الألدهيدات الأخرى لإنتاج الكحولات الثانوية والكيتونات لإنتاج الكحولات الثلاثية.

تفاعل إضافة سيانيد الهيدروجين

تؤدي إضافة سيانيد الهيدروجين إلى مجموعة كربونيل من ألدهيد أو معظم الكيتونات إلى إنتاج سيانوهيدرين ومع ذلك لا تخضع الكيتونات المعوقة بشكل مجسم لهذا التفاعل. آلية إضافة سيانيد الهيدروجين إلى الألدهيد هي إضافة مباشرة للنواة عبر رابطة الأكسجين الكربوني الكربوني.

أكسدة الألدهيدات

يمكن أكسدة الألدهيدات إلى حمض الكربوكسيل مع عوامل مؤكسدة خفيفة وقوية. تشتمل العوامل المؤكسدة النموذجية للألدهيدات إما على برمنجنات البوتاسيوم أو ثنائي كرومات البوتاسيوم في محلول حامض وكاشف (Tollens) وأحماض البيروكسي مثل حمض البيروكسي بنزويك.