アルデヒドとは｜ホルミル基の定義・構造・性質と用途

アルデヒド（/ˈældɪhaɪd/）とは、有機化合物の一つで、分子にホルミル基（R‑CHO）を含む化合物群を指します。ホルミル基は、炭素原子が酸素と二重結合（カルボニル結合）を作り、その炭素がさらに水素とR基（側鎖）に結合している構造です。側鎖が存在しない単独の基は、一般にアルデヒド基またはホルミル基と呼ばれます。アルデヒドとケトンの主な違いは、アルデヒドではホルミル基が炭素骨格の末端（一次カルボニル）に位置するのに対し、ケトンは内部（二次カルボニル）に位置する点です。アルデヒドは有機化学で重要な基礎化合物群であり、香料や有機合成の中間体として広く用いられます。

代表的なアルデヒドの例

• ホルムアルデヒド（フォルムアルデヒド） H‑CHO — 無色気体、強い刺激臭。標準名は「メタンアルデヒド」。
• アセトアルデヒド（エタナール） CH3CHO — 揮発性が高く、反応性の高い液体。
• ベンズアルデヒド（ベンザルデヒド） C6H5CHO — アーモンド様の芳香を持つ。香料や有機合成に利用。

物理的性質

• カルボニル（C=O）を持つため極性が高く、同程度の炭化水素に比べて沸点は高い。
• ただし、アルデヒドは水素結合の供与体（‑OH）を持たないため、アルコールよりは沸点は低い。
• 低級アルデヒドは揮発性・可燃性で、臭気が強いものが多い（例：ホルムアルデヒドは刺激臭）。

命名法（簡単に）

• IUPACでは飽和鎖の末端にカルボニルを持つ場合、語尾に「‑al」を付ける（例：メタンアルデヒド→ホルムアルデヒド、エタンアルデヒド→アセトアルデヒド）。
• ベンゼン環に結合したものは「ベンズアルデヒド」のように慣用名が使われることが多い。

反応性と代表的反応

アルデヒドのカルボニル炭素は電子不足であり、求核攻撃を受けやすい（求核付加反応）。代表的な反応を以下に示します。

• 還元：NaBH4やLiAlH4などで一次アルコールに還元される。
• 酸化：弱い酸化剤でも容易にカルボン酸（R‑COOH）に酸化される（例：Tollens試薬、フーリング液、KMnO4）。
• 求核付加：水と反応して半アセタール／アセタール（アルコール存在下、酸触媒）を作る。アルコールとの反応でヘミアセタール→アセタールへ進行。
• イミン形成（Schiff塩基）：一次アミンと縮合してイミン（R‑CH=NR'）を形成する。
• アルドール縮合：α位に水素を持つアルデヒドは塩基や酸で脱プロトン化され、別のカルボニル化合物と縮合してβ‑ヒドロキシアルデヒド→α,β不飽和化合物へ進行する。
• Cannizzaro反応：α水素を持たないアルデヒド（例：ベンツアルデヒド）は強塩基存在下で一部が酸化されてカルボン酸、もう一部が還元されてアルコールになる（不均化反応）。
• シアノヒドリン形成：シアン化物イオンによる付加でシアノヒドリンが得られ、有機合成の中間体として有用。

製法（工業的・実験的）

• 一次アルコールの選択的酸化（PCC、PDC、鉛(IV)やクロム酸塩の制御酸化）
• ヒドロホルミル化（オクソ反応）：アルケンに一酸化炭素と水素を付加してアルデヒドを生成する工業法。
• ローゼンムント還元（酸クロリドを水素化で部分還元してアルデヒドを得る）
• オゾン分解やその他の部分酸化反応からの生成

用途

• 香料・香粧品成分（ベンズアルデヒドなどの芳香族アルデヒド）
• 樹脂・接着剤（ホルムアルデヒドは尿素・メラミン・フェノールと重合して各種樹脂を作る）
• 防腐剤・消毒剤（ホルムアルデヒドは防腐・滅菌用途）
• 中間体（医薬品、染料、香料、農薬などの有機合成の出発物質）
• 試薬（アルデヒド官能基を利用した有機合成）

検出と試験

• Tollens試薬（銀鏡反応）：アルデヒドは銀イオンを還元して銀鏡を生じる（ケトンは一般に反応しない）。
• Fehling試薬：還元性アルデヒドは赤褐色の酸化銅(I)沈殿を生じる。
• Schiff試薬：アルデヒドにより呈色するため検出に用いられる。

健康・安全性

• 低級アルデヒド（特にホルムアルデヒド、アセトアルデヒド）は刺激性が強く、吸入で眼・鼻・喉を刺激する。ホルムアルデヒドは発がん性が確認されており、取扱いに注意が必要。
• 揮発性のため換気を良くし、吸入防止のため適切な保護具（防護メガネ、手袋、必要に応じてマスク）を使用すること。
• 廃棄は各国・地域の法規に従い、専門の処理を行う。

自然界での存在

アルデヒドは自然界にも広く存在します。植物や果実が放つ香りの成分の多くはアルデヒドであり、食品の香味や香水の原料として重要です。一方で大気中にも微量のアルデヒドが存在し、大気化学や環境健康の観点からも注目されています。

アルデヒドは反応性が高く、有機合成の基本的かつ重要な中間体です。用途は多岐にわたりますが、その反応性ゆえに取扱いには注意が必要です。

命名法

アルデヒドのIUPAC名

アルデヒドの一般名は必ずしも正式名称ではありません。しかし、IUPACの名称は便利です。IUPACでは、アルデヒドの命名法として以下を推奨している。

1. 炭素の環を持たないアルデヒドは、そのアルデヒドを含む最長の炭素鎖に基づいて命名される。したがって、HCHOはメタンに、CHCHCHO₃₂₂はブタンに基づいて命名される。名前は、親アルカンの語尾-eを-alに変更することで形成されます。HCHOはMethanalと命名されます。₃₂CHCHCHCHO₂はButanalと命名されます。
2. また、環に-CHO基が付いている場合は、名前の最後に-carbaldehydeが付く。このため、₆₁₁CHCHOはシクロヘキサンカルバルデヒドと呼ばれる。他の官能基が存在するために語尾に付加する必要がある名称がある場合は、formyl-を語頭に付加します。代わりにMethanoyl-が付けられることもありますが、formyl-の方が良いでしょう。

語源

アルデヒドの語源はラテン語です。alcohol dehydrogenatus（脱水素アルコール）を短縮したものである。アルデヒドという言葉を作ったのは、リービッヒである。かつてアルデヒドは、アセトアルデヒドのvinous aldehydeのように、対応するアルコールの名前を冠していたことがある。(Vinousは、エタノールの原料であるワインを意味するラテン語に由来する）。

フォルミルグループという言葉は、ラテン語またはイタリア語で蟻を意味するformicaに由来します。

ギ酸

質問と回答

Q: アルデヒドとは何ですか?

Q:ホルミル基とは何ですか?

Q: 分子中の側鎖とは何ですか?

Q: アルデヒドの官能基は何ですか?

Q: アルデヒドはケトンとどう違うのですか?

Q: 有機化学におけるアルデヒドの重要性は何ですか?

Q: アルデヒドの一般的な用途は何ですか?

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