Формалдехид или метанал (-{HCHO}-) је гасовито једињење растворљиво у води и најједноставнији алдехид (-{R-CHO}-). Тривијално име ове супстанце потиче од њене сличности и односа са формичном киселином. Обично се чува растворен у води под називом формалин (37% формалдехида и око 15% метанола у води), или у облику чврстог полимера - параформалдехида (параформ).
Најчешће се примењује у индустрији пластичних маса, бакелита и коже и као дезинфекционо средство. Формалдехид је важан прекурзор многих других материјала и хемијских једињења. Године 1996, инсталирани капацитет производње формалдехида је био процењен на 8,7 милиона тона годишње. Он се првенствено користи у производњи индустријских резина, нпр. за иверицу и превлаке.
С обзиром на његову широку употребу, токсичност и нестабилност, формалдехид представља значајну опасност за људско здравље. Године 2011, Национални токсиколошки програм САД је описао формалдехид као материју за коју је „познато да је канцерогена за људе”.
Форме формалдехида
right|thumb|Параформалдехид је честа форма формалдехида за индустријске апликације. Формалдехид је сложенији од многих једноставних једињења угљеника у смислу да поприма неколико различитих облика. Ова једињења се често могу користити наизменично и могу се међусобно конвертовати. Као гас, молекуларни формалдехид је безбојан и има карактеристични оштар, иритантан задах. Стабилан је на око 150 °C, али се полимеризује када се кондензује у течност. Након кондензације, гас прелази у разне друге облике формалдехида (са различитим хемијским формулама) који су од веће практичне вриједности. Један важан дериват је циклични тримерни метаформалдехид (1,3,5-триоксан) са формулом -{(CH2O)3}-. То је бела чврста супстанца која се раствара без деградације у органским растварачима. Такође постоји и линеарни полимер који се зове параформалдехид, са формулом HO(CH2O)nH. Ово једињење такође постоји у равнотежи са различитим олигомерима (кратким полимерима), у зависности од концентрације и температуре. Засићени водени раствор, од око 40% формалдехида по запремини или 37% по маси, назива се „100% формалин”.
Кад се раствори у води, формалдехид исто тако формира хидрат, метандиол, са формулом . Ово једињење такође постоји у равнотежи са разним олигомерима (кратким полимерима), у зависности од концентрације и температуре. Засићени водени раствор, са око 40% формалдехида по запремини или 37% по маси, се назива „100% формалин”. Мала количина стабилизатора, као што је метанол, се обично додаје да би се потиснула оксидација и полимеризација. Типични комерцијални формалин може да садржи 10–12% метанола и разне маталне нечистоће. Име је давно формулисано из једног старог трговачког имена, „Формалин”.
„Формалдехид“ је први пут коришћен као генерички заштитни знак 1893. године након претходног трговачког назива, „формалин“.
Структура и везивање
Молекуларни формалдехид садржи централни атом угљеника са двоструком везом за атом кисеоника и једноструком везом за сваки атом водоника. Ова структура је резимирана кондензованом формулом H2C=O. Молекул је раван, у облику слова Y и његова молекуларна симетрија припада C2v групи тачака. Прецизна молекуларна геометрија гасовитог формалдехида одређена је дифракцијом гасних електрона и микроталасном спектроскопијом. Дужина везе је 1,21 Å за везу угљеник-кисеоник и око 1,11 Å за везу угљеник-водоник, док је угао везе H–C–H 117°, близу угла од 120° који се налази у идеалном тригоналном планарном молекулу. Нека побуђена електронска стања формалдехида су пре пирамидална него планарна као у основном стању.
Заступљеност
Процеси у горњим слојевима атмосфере доприносе са до 90% укупног формалдехида у животној средини. Формалдехид је интермедијер оксидације (или сагоревања) метана, као и других једињења угљеника, нпр. у шумским пожарима, аутомобилским издувним гасовима, и дуванском диму. Кад се формира у атмосфери дејством сунчеве светлости и кисеоника на атмосферски метан и друге угљоводонике, он постаје део смога. Формалдехид је исто тако детектован у свемиру (погледајте испод).
Формалдехид и његови адукти су свеприсутни у живим организмима. Он се формира при метаболизму ендогених аминокиселина и присутан је у људском крвотоку, као и код других примата, у концентрацијама од приближно 0,1 -{mmol/l}-. Експерименти у којима су животиње изложене атмосфери која садржи изотопски обележени формалдехид су демонстрирали да чак и код намерно изложених животиња, највећи део формалдехид-ДНК адуката је присутан у нереспираторним ткивима, и изведен је из ендогено формираног формалдехида.
Формалдехид се не акумулира у животној средини, већ се разлаже у току неколико часова дејством сунчеве светлости или бактерија присутних у земљишту или води. Људи брзо метаболизују формалдехид, конвертујући га у форминску киселину, тако да се не акумулира у телу.
Међузвездани формалдехид
Формалдехид је био први полиатомски органски молекул који је откривен у међузвезданом медијуму. Од његовог почетног откривања 1969. године, он је уочен у многим областима наше галаксије. Услед широко распрострањеног интереса за међузвездани формалдехид, он је недавно детаљно проучаван, што је довело до идентификације нових вангалактичких извора. Предложени механизам формирања путем хидрогенације -{CO}- леда је приказан испод.
-{H + CO → HCO}- -{HCO + H → CH2O}- (константа брзине = 9,2 -{s}-−1)
Присуство формалдехида је користан индикатор за астрохемичаре, услед његове ниске реактивности у гасној фази и чињенице да су 110←111 и 211←212 K-дублетни прелази прилично јасни.
Дана 11. августа 2014, астрономи су по први пут објавили студије спроведене користећи ALMA интерферометар, у којима су дате детаљне дистрибуције -{HCN}-, -{HNC}-, -{H2CO}-, и прашине унутар кома комета -{C/2012 F6 (Lemmon)}- и -{C/2012 S1 (ISON)}-.
Синтеза и индустријска производња Лабораторијска синтеза
Формалдехид је први пријавио 1859. године руски хемичар Александар Бутлеров (1828–1886). У свом раду, Бутлеров је формалдехид назвао „диоксиметилен“ (метилен диоксид) [страна 247] јер је његова емпиријска формула била нетачна (C4H4O4). Коначно га је идентификовао Август Вилхелм фон Хофман, који је први најавио производњу формалдехида пропуштањем метанолне паре у ваздуху преко вруће платинасте жице.See: A. W. Hofmann (14 October 1867) ([Contributions] to our knowledge of methylaldehyde), Monatsbericht der Königlich Preussischen Akademie der Wissenschaften zu Berlin (Monthly Report of the Royal Prussian Academy of Sciences in Berlin), vol. 8, pages 665–669. Reprinted in: , (Annals of Chemistry and Pharmacy), , pages 357–361. A.W. Hofmann , Journal für praktische Chemie (Journal for Practical Chemistry), , pages 246–250. However, it was not until 1869 that Hofmann determined the correct empirical formula of formaldehyde. See: A.W. Hofmann (5 April 1869) . Monatsbericht der Königlich Preussischen Akademie der Wissenschaften zu Berlin, vol. ?, pages 362–372. Reprinted in:
A.W. Hofmann (1869) (Reports of the German Chemical Society), vol. 2, Уз модификације, Хофманов метод остаје основа данашње индустријске руте.
Путеви добијања формалдехида из растова укључују оксидацију метанола или метил јодида.
Индустрија
Формалдехид се индустријски производи каталитичком оксидацијом метанола. Најчешћи катализатори су метално сребро, гвожђе(III) оксид, гвожђе молибден оксиди [нпр. гвожђе(III) молибдат] са површином обогаћеном молибденом, или оксиди ванадијума. У уобичајеном формокс процесу, метанол и кисеоник реагују на око 250–400 °C у присуству оксида гвожђа у комбинацији са молибденом и/или ванадијумом за производњу формалдехида према хемијској једначини: 2CH3OH + O2 → 2CH2O + 2H2O
Катализатор на бази сребра обично делује на вишој температури, око 650 °C. Две хемијске реакције на њему истовремено производе формалдехид: она приказана горе и реакција дехидрогенације: CH3OH → CH2O + H2
У принципу, формалдехид би могао настати оксидацијом метана, али овај пут није индустријски одржив јер се метанол лакше оксидира од метана.
Биохемија
Формалдехид се производи на неколико начина употребом ензимске катализе. Аминокиселина серин је извор природног формалдехида према овој реакцији, која производи глицин. HOCH2CH(NH2)CO2H → CH2O +H2C(NH2)CO2H Ову реакцију катализује серин хидроксиметилтрансфераза, ензим који садржи PLP.
Формалдехид такође могу да произведу метилотрофни микроби из метанола кроз реакцију: CH3OH → CH2O + 2e- + 2H+
Ову реакцију катализује ензим метанол дехидрогеназа. Други путеви до формалдехида укључују оксидативне деметилације. Формалдехид се катаболише алкохолном дехидрогеназом.
Органска хемија
Формалдехид је градивни блок у синтези многих других једињења од специјализованог и индустријског значаја. Он манифестује већину хемијских својстава других алдехида, али је реактивнији.
Полимеризација и хидратација
Гасни формалдехид се полимеризује на активним местима зидова посуда, али механизам реакције је непознат. Мале количине хлороводоника (или бор трифлуорида, или калајног хлорида) присутне у гасовитом формалдехиду обезбеђују каталитички ефекат и убрзавају полимеризацију. Мономерни CH2O је гас и ретко се среће у лабораторији.
Формалдехид у воденим растворима, за разлику од неких других малих алдехида (којима су потребни специфични услови за олигомеризацију кроз алдолну кондензацију) олигомеризује се спонтано у уобичајеном стању. Тример 1,3,5-триоксан () је типичан олигомер. Изоловани су многи циклични олигомери других величина. Слично томе, формалдехид се хидратизује да би се добио геминални диол метандиол, који се даље кондензује и формира олигомере HO(CH2O)nH са хидрокси-завршним деловима. Полимер се назива параформалдехид. Што је већа концентрација формалдехида - то се више равнотежа помера ка полимеризацији. Разблаживање водом или повећање температуре раствора, као и додавање алкохола (као што су метанол или етанол) смањује ту тенденцију.
Оксидација и редукција
Формалдехид се лако оксидује атмосферским кисеоником у мрављу киселину. Из тог разлога, комерцијални формалдехид је обично контаминиран мрављом киселином. Формалдехид се може хидрогенисати у метанол.
У Канизаровој реакцији, формалдехид и база реагују да би произвели мрављу киселину и метанол, реакцијом диспропорционисања.
Хидроксиметилација и хлорометилација
Формалдехид реагује са многим једињењима, што доводи до хидроксиметилације: X-H + CH2O → X-CH2OH (X = R2N, RC(O)NR', SH). Добијени деривати хидроксиметила обично даље реагују. Дакле, амини дају хексахидро-1,3,5-триазине: 3RNH2 + 3CH2O → (RNCH2)3 + 3H2O Слично томе, када се комбинује са водоник сулфидом, формира тритиан: 3CH2O + 3H2S → (CH2S)3 + 3H2O
У присуству киселина, учествује у реакцијама електрофилне ароматске супституције са ароматичним једињењима које резултирају хидроксиметилованим дериватима: ArH + CH2O → ArCH2OH
Када се спроводе у присуству хлороводоника, производ је хлорометилно једињење, као што је описано у Бланковој хлорометилацији. Ако је арен богат електронима, као у фенолима, долази до сложених кондензација. Са 4-супституисаним фенолима добијају се каликсарени. Фенол доводи до полимера.
Друге реакције
Многе аминокиселине реагују са формалдехидом. Цистеин се претвара у тиопролин.
Употребе
Индустријске примене
Формалдехид је уобичајени претходник сложенијих једињења и материјала. Приближним редоследом величине потрошње, производи добијени од формалдехида укључују уреа формалдехидну смолу, меламинску смолу, фенол формалдехидну смолу, полиоксиметиленске пластике, 1,4-бутандиол и метилен дифенил диизоцијанат. Текстилна индустрија користи смоле на бази формалдехида као финишере како би се тканине учиниле отпорним на гужвање.
thumb|340px|Два корака у формирању уреа-формалдехидне смоле, која се широко користи у производњи плоча од иверице