استالدهید یک ترکیب شیمیایی اسیدی به شکل مایعی بی رنگ و قابل اشتعال با بوی خفه کننده است. این ترکیب در گیاهان مختلف، میوه های رسیده، سبزیجات، دود سیگار، بنزین و خروجی گازوئیل یافت می شود و به طور گسترده ای در تولید اسید استیک، عطرها، رنگ ها و داروها به عنوان طعم دهنده و واسطه ای در متابولیسم الکل استفاده می شود.
این ماده یکی از مهمترین آلدهیدها است که به طور گسترده در طبیعت وجود دارد و در مقیاس وسیع در صنعت تولید می شود. استالدهید به طور طبیعی در قهوه، نان نیز وجود دارد و توسط گیاهان تولید می شود و همچنین از اکسیداسیون جزئی اتانول توسط آنزیم کبدی الکل دهیدروژناز سنتز می گردد و یکی از عوامل ایجاد کننده خماری پس از مصرف الکل است.
مصرف دی سولفیرام باعث مهار استالدهید دهیدروژناز، آنزیم مسئول متابولیسم استالدهید می شود و در نتیجه باعث تجمع آن در بدن می شود. آژانس بین المللی تحقیقات سرطان (IARC) این ترکیب را در گروه سرطان زای گروه ۱ ذکر کرده است.
استالدهید یکی از رایج ترین سموم هوا است که خطر سرطان در آن بیش از یک در یک میلیون است. قرار گرفتن در معرض بخارات آن باعث تحریک چشم، پوست و مجاری تنفسی می شود.
خواص، مشخصات شناسایی
استالدهید ابتدا توسط داروساز و شیمیدان سوئدی کارل ویلهلم شیل در سال ۱۷۷۴ میلادی مشاهده شد و سپس توسط شیمیدانان فرانسوی آنتوان فرانسوا، کامت د فورکرو و لوئیس نیکولاس واوکلن در سال ۱۸۰۰، و شیمی دانان آلمانی یوهان مورد بررسی قرار گرفت.
| خواص | مشخصات |
| شکل فیزیکی مایع یا گاز بی رنگ | فرمول شیمیایی C۲H۴O |
| دانسیته (در ۲۰ درجه سانتیگراد) (g/cm۳)۰/۷۸۴ | وزن مولکولی (g/mol)44/053 |
| نقطه ذوب (۰C) 123/37- | شماره (CAS No) ۷۵-۰۷-۰ |
| حلالیت در آب مخلوط شدنی | مقدار اسیدیته (در آب و دمای ۲۵ درجه سانتیگراد) ۱۳/۵۷=PKa |
روش های تولید استالدهید
در سال ۲۰۰۳، تولید جهانی این ماده حدود ۱ میلیون تن بوده است و قبل از سال ۱۹۶۲، اتانول و استیلن منابع اصلی استالدهید بوده اند و از آن زمان، اتیلن از جمله مواد خام غالب می باشد. روش اصلی تولید، اکسیداسیون اتیلن توسط فرآیند واکر است که شامل اکسیداسیون اتیلن با استفاده از یک سیستم همگن پالادیوم و مس است:
۲CH۲=CH۲ + O۲ → ۲CH۳CHO
در دهه ۱۹۷۰ میلادی، ظرفیت جهانی فرآیند اکسیداسیون مستقیم Wacker-Hoechst سالانه از ۲ میلیون تن فراتر رفت. مقادیر کمتری را می توان با اکسیداسیون جزئی اتانول در واکنش گرمازا تهیه کرد. این فرایند که یکی از قدیمی ترین مسیرها برای تهیه صنعتی استالدهید است، معمولاً روی کاتالیزور نقره در دمای حدود ۵۰۰-۶۵۰ درجه سانتی گراد انجام می شود:
CH۳CH۲OH + ۱⁄۲ O۲ → CH۳CHO + H۲O
سایر روش ها
روش دیگر، هیدراتاسیون استیلن می باشد. قبل از فرآیند واکر و در دسترس بودن اتیلن ارزان، استالدهید با هیدراتاسیون استیلن تولید می شده است. این واکنش توسط نمک های جیوه (II) کاتالیز می شود:
C۲H۲ + Hg۲+ + H۲O → CH۳CHO + Hg
این مکانیسم شامل واسطه وینیل الکل است که به استالدهید تاتومریزه می شود. واکنش در دمای ۹۵-۹۰ درجه سانتی گراد انجام می شود و استالدهید تشکیل شده از آب و جیوه جدا شده و تا دمای ۲۵ تا ۳۰ درجه سانتی گراد سرد می شود.
در فرآیند اکسیداسیون مرطوب، از سولفات آهن (III) برای اکسید مجدد جیوه به نمک جیوه (II) استفاده می شود. سولفات آهن (II) حاصله در یک راکتور جداگانه با اسید نیتریک اکسیده می شود. یک روند سنتی، سنتز استالدهید با دهیدروژن زدایی جزئی اتانول تولید می باشد:
CH۳CH۲OH → CH۳CHO + H۲
در این فرآیند گرمازا، بخار اتانول در دمای ۲۶۰-۲۹۰ درجه سانتی گراد از روی یک کاتالیزور مبتنی بر مس عبور می کند. این فرآیند زمانی به دلیل ارزش محصول هیدروژنی جذاب بود، اما در دوران مدرن از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست. هیدروفرمیلاسیون متانول با کاتالیست هایی مانند کبالت، نیکل یا نمک های آهن نیز استالدهید تولید می کند، اگرچه این فرایند هیچ اهمیت صنعتی ندارد.
طیف های FTIR و رامان
بررسی بیوشیمی ترکیب استالدهید
در کبد، آنزیم الکل دهیدروژناز اتانول را به استالدهید اکسید می کند، که سپس توسط استالدهید دهیدروژناز به اسید استیک بی خطر اکسیده می شود. این دو واکنش اکسیداسیون با کاهش +NAD به NADH همراه می شوند.
در مغز، آنزیم کاتالاز در درجه اول مسئول اکسیداسیون اتانول به استالدهید است و الکل دهیدروژناز نقش جزئی را ایفا می کند. آخرین مراحل تخمیر الکلی در باکتری ها، گیاهان و مخمرها شامل تبدیل پیروات به استالدهید و دی اکسید کربن توسط آنزیم پیروات دکربوکسیلاز و به دنبال آن تبدیل استالدهید به اتانول است.
کاربردها
به طور سنتی، استالدهید عمدتا به عنوان پیش ساز اسید استیک استفاده می شده است که این کاربرد کاهش یافته است زیرا اسید استیک به طور موثرتری از متانول توسط فرایندهای Monsanto و Cativa تولید می شود. استالدهید پیش ساز مهمی برای مشتقات پیریدین، پنتا اریتریتول و کروتونالدهید است.
اوره و استالدهید ترکیب می شوند و رزین مفیدی به دست می آورند. انیدرید استیک با استالدهید واکنش می دهد و باعث ایجاد اتیلیدن دی استات، پیش ساز وینیل استات می شود که برای تولید پلی وینیل استات کاربرد دارد.
بازار جهانی این ماده در حال کاهش است و تقاضا تحت تأثیر تغییراتی در تولید الکل های پلاستیسایزر قرار گرفته است، زیرا n-butyraldehyde اغلب از استالدهید تولید نمی شود، در عوض توسط هیدروفرمیلاسیون پروپیلن تولید می شود.
به همین ترتیب، استیک اسید هنگامی که از استالدهید تولید می شود، عمدتا توسط فرایند کربونیل شدن متانول با هزینه کمتر ساخته می شود و تاثیر بر تقاضا منجر به افزایش قیمت و در نتیجه کند شدن بازار داشته است. چین بزرگترین مصرف کننده استالدهید در جهان است و تقریبا نیمی از مصرف جهانی را در سال ۲۰۱۲ به خود اختصاص داده است.
با این حال، ژاپن می تواند به عنوان مصرف کننده بالقوه استالدهید در پنج سال آینده به دلیل استفاده جدید در تولید تجاری بوتادین ظاهر شود. عرضه بوتادین در ژاپن و بقیه آسیا بی ثبات بوده است که این امر می تواند تا سال ۲۰۱۳ بازار مورد نیاز را به میزان قابل توجهی افزایش دهد.
آیا استالدهید ماده خطرناکی است؟
هنگامی که استالدهید جذب بدن می شود، به سرعت در کبد به اسید استیک متابولیزه می شود و فقط بخش کوچکی بدون تغییر بازدم می شود. پس از تزریق داخل وریدی، نیمه عمر آن در خون تقریبا ۹۰ ثانیه است.
هیچ مورد جدی مسمومیت حاد از این ترکیب ثبت نشده است و استالدهید به طور طبیعی در بدن انسان تجزیه می شود، اما نشان داده شده است که از طریق ادرار موش ها دفع می شود.
استالدهید محرک پوست، چشم، غشاهای مخاطی، گلو و دستگاه تنفسی است. این امر در غلظت هایی تا ۱۰۰۰ ppm رخ می دهد. علائم قرار گرفتن در معرض این ترکیب شامل تهوع، استفراغ و سردرد است که البته ممکن است بلافاصله ظاهر نشوند.
کمترین میزان استالدهید موجود در هوا بین ۰.۰۷ تا ۰.۲۵ ppm می باشد و در چنین غلظتی، بوی میوه ای استالدهید آشکار است. نشانه های تحت تاثیر قرار گرفتن با این ماده پس از ۱۵ دقیقه و در غلظت های ۲۵ و ۵۰ ppm مشاهده شده است.